Yhden kovimmista metalleista - titaanista - fyysiset ominaisuudet ja ominaisuudet. Titaani on metallia. titaanin ominaisuudet. Titaanin käyttö. Titaanin lajikkeet ja kemiallinen koostumus
1metal.com Metallurgian markkinapaikka 1metal.com Lyhyt tietoa ukrainalaisten yritysten titaanista ja sen seoksista metallikaupan alustalla 1metal.com 4,6 tähteä 95 perusteella
Titaani ja sen seoksetTitaani levinnyt laajalti maankuoressa, jossa se sisältää noin 6 %, ja esiintyvyyden mukaan se on neljännellä sijalla alumiinin, raudan ja magnesiumin jälkeen. Sen teollinen uuttamismenetelmä kehitettiin kuitenkin vasta 1900-luvun 40-luvulla. Lentokoneiden ja rakettien valmistuksen alalla tapahtuneen edistyksen ansiosta titaanin ja sen seosten tuotantoa on kehitetty intensiivisesti. Tämä johtuu titaanin arvokkaiden ominaisuuksien yhdistelmästä, kuten alhainen tiheys, korkea ominaislujuus (s in /r × g), korroosionkestävyys, valmistettavuus painekäsittelyssä ja hitsattavuus, kylmänkestävyys, ei-magneettisuus ja monet muut alla luetellut arvokkaat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet.
Titaanin fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien ominaisuudet (VT1-00)
| Tiheys r, kg / m 3 | 4,5 × 10 -3 |
| Sulamislämpötila T pl , °C | 1668±4 |
| Lineaarinen laajenemiskerroin a × 10 -6, astetta -1 | 8,9 |
| Lämmönjohtavuus l , W/(m × astetta) | 16,76 |
| Vetolujuus s in, MPa | 300–450 |
| Ehdollinen myötöraja s 0,2 , MPa | 250–380 |
| Ominaisvoimakkuus (s in /r×g)× 10 –3 , km | 7–10 |
| Suhteellinen venymä d, % | 25–30 |
| Suhteellinen supistuminen Y, % | 50–60 |
| Normaali kimmomoduuli E' 10-3, MPa | 110,25 |
| Leikkausmoduuli G' 10-3, MPa | 41 |
| Poissonin suhde m, | 0,32 |
| Kovuus HB | 103 |
| Iskulujuus KCU, J/cm2 | 120 |
Titaanissa on kaksi polymorfista muunnelmaa: a-titaani kuusikulmaisella tiiviisti tiivistetyllä pisteillä a= 0,296 nm, kanssa= 0,472 nm ja korkean lämpötilan modifikaatio b-titaanista kuutiometrisellä runkokeskeisellä hilalla, jossa on jakso a\u003d 0,332 nm 900 °C:ssa. Polymorfisen a "b-muunnoksen lämpötila on 882 °C.
Titaanin mekaaniset ominaisuudet riippuvat merkittävästi metallin epäpuhtauksien pitoisuudesta. On olemassa interstitiaalisia epäpuhtauksia - happea, typpeä, hiiltä, vetyä ja korvaavia epäpuhtauksia, joihin kuuluvat rauta ja pii. Vaikka epäpuhtaudet lisäävät lujuutta, ne vähentävät samalla jyrkästi sitkeyttä, ja interstitiaalisilla epäpuhtauksilla, erityisesti kaasuilla, on voimakkain negatiivinen vaikutus. Kun vain 0,003 % H, 0,02 % N tai 0,7 % O, titaani menettää täysin plastisen muodonmuutoskykynsä ja muuttuu hauraaksi.
Erityisen haitallista on vety, joka aiheuttaa vetyhaurastuminen titaaniseokset. Vetyä pääsee metalliin sulatuksen ja myöhemmän prosessoinnin aikana, erityisesti puolivalmisteiden peittauksen aikana. Vety on niukkaliukoinen a-titaaniin ja muodostaa lamellaarisia hydridihiukkasia, jotka vähentävät iskulujuutta ja ovat erityisen negatiivisia viivästetyissä murtumistesteissä.
Teollinen menetelmä titaanin valmistamiseksi koostuu titaanimalmin rikastamisesta ja klooraamisesta, minkä jälkeen se otetaan talteen titaanitetrakloridista metallisen magnesiumin avulla (magnesiumlämpömenetelmä). Saatu tällä menetelmällä titaaninen sieni(GOST 17746–79) kemiallisesta koostumuksesta ja mekaanisista ominaisuuksista riippuen valmistetaan seuraavia laatuja:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (katso taulukko 17.1). Numerot tarkoittavat Brinell-kovuutta HB, TB - kovaa.
Monoliittisen titaanin saamiseksi sieni jauhetaan jauheeksi, puristetaan ja sintrataan tai sulatetaan uudelleen kaariuuneissa tyhjiössä tai inertissä kaasukehässä.
Titaanin mekaanisille ominaisuuksille on ominaista hyvä lujuuden ja taipuisuuden yhdistelmä. Esimerkiksi kaupallisesti puhtaalla titaanilla VT1-0 on: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20 %, ja nämä ominaisuudet eivät ole huonompia kuin monet hiili- ja Cr-Ni-korroosionkestävät teräkset.
Titaanin korkea sitkeys verrattuna muihin metalleihin, joissa on hcp-hila (Zn, Mg, Cd) selittyy pienestä suhteesta johtuen suurella määrällä liuku- ja twinning-järjestelmiä kanssa/a= 1,587. Ilmeisesti tämä on syy titaanin ja sen seosten korkeaan kylmänkestävyyteen (katso lisätietoja luvusta 13).
Kun lämpötila nousee 250 ° C: een, titaanin lujuus laskee lähes 2 kertaa. Kuumuutta kestävillä Ti-lejeeringeillä ei kuitenkaan ole ominaislujuutta 300–600 °C lämpötila-alueella; yli 600°C lämpötiloissa titaaniseokset ovat huonompia kuin rauta- ja nikkelipohjaiset seokset.
Titaanilla on alhainen normaalikimmokerroin ( E= 110,25 GPa) - lähes 2 kertaa vähemmän kuin raudalla ja nikkelillä, mikä vaikeuttaa jäykkien rakenteiden valmistusta.
Titaani on yksi reaktiivisista metalleista, mutta sillä on korkea korroosionkestävyys, koska sen pinnalle muodostuu stabiili passiivinen TiO 2 -kalvo, joka on sitoutunut tiukasti perusmetalliin ja sulkee pois sen suoran kosketuksen syövyttävän ympäristön kanssa. Tämän kalvon paksuus on yleensä 5–6 nm.
Oksidikalvon ansiosta titaani ja sen seokset eivät syöpy ilmakehässä, makeassa ja merivedessä, kestävät kavitaatiokorroosiota ja jännityskorroosiota sekä orgaanisia happoja.
Titaanista ja sen seoksista valmistettujen tuotteiden valmistuksessa on useita teknisiä ominaisuuksia. Sulan titaanin korkean kemiallisen aktiivisuuden vuoksi sen sulatus, valu ja kaarihitsaus suoritetaan tyhjiössä tai inerttien kaasujen ilmakehässä.
Teknologisen ja toiminnallisen lämmityksen aikana, erityisesti yli 550–600 °C:n lämpötilassa, on tarpeen ryhtyä toimenpiteisiin titaanin suojaamiseksi hapettumiselta ja kaasutursoitumiselta (alfa-kerros) (katso luku 3).
Titaani prosessoidaan hyvin paineella kuumassa ja tyydyttävästi kylmässä. Se on helposti rullattu, taottu, meistetty. Titaani ja sen seokset hitsataan hyvin vastus- ja argonkaarihitsauksella, mikä takaa hitsausliitoksen suuren lujuuden ja sitkeyden. Titaanin haittana on huono työstettävyys johtuen tarttumisesta, alhainen lämmönjohtavuus ja huonot kitkanestoominaisuudet.
Titaaniseosten seostamisen päätarkoitus on lisätä lujuutta, lämmönkestävyyttä ja korroosionkestävyyttä. Laaja sovellus löytyi titaaniseoksia alumiinin, kromin, molybdeenin, vanadiinin, mangaanin, tinan ja muiden alkuaineiden kanssa. Seoselementeillä on suuri vaikutus titaanin polymorfisiin muutoksiin.
Taulukko 17.1
Sienkimäisen titaanin lajikkeet, kemiallinen koostumus (%) ja kovuus (GOST 17746–79)
| Ti, ei vähempää | Kovuus HB, 10/1500/30, ei enempää |
||||||||
Taulukko 17.2
Muokattujen titaaniseosten lajikkeet ja kemiallinen koostumus (%) (GOST 19807–91)
| Merkintä | ||||||||||||||
Huomautus. Muiden epäpuhtauksien summa kaikissa lejeeringeissä on 0,30 %, VT1-00-seoksessa - 0,10 %.
Titaaniseosten rakenteen muodostumiseen ja sitä kautta ominaisuuksiin vaikuttavat ratkaisevasti titaanin polymorfismiin liittyvät faasimuutokset. Kuvassa 17.1 esittää kaavioita "titaaniseoselementtien" tilakaavioista, jotka heijastavat seostettujen alkuaineiden jakautumista niiden vaikutuksen luonteen mukaan titaanin polymorfisiin muutoksiin neljään ryhmään.
a - Stabilisaattorit(Al, O, N), jotka nostavat polymorfisen muunnoksen a «b lämpötilaa ja laajentavat a-titaaniin perustuvien kiinteiden liuosten valikoimaa (kuva 17.1, a). Ottaen huomioon typen ja hapen haurastava vaikutus, vain alumiinilla on käytännön merkitystä titaanin seostuksessa. Se on tärkein seosaine kaikissa teollisissa titaaniseoksissa, vähentää niiden tiheyttä ja taipumusta vetyhaurastumiseen sekä lisää lujuutta ja kimmokerrointa. Seokset, joilla on vakaa a-rakenne, eivät kovetu lämpökäsittelyllä.
Isomorfiset b-stabilisaattorit (Mo, V, Ni, Ta jne.), jotka alentavat a "b-muunnoksen lämpötilaa ja laajentavat b-titaaniin perustuvien kiinteiden liuosten valikoimaa (kuva 17.1, b).
Eutektoideja muodostavat b-stabilisaattorit (Cr, Mn, Cu jne.) voivat muodostaa TiX-tyyppisiä metallien välisiä yhdisteitä titaanin kanssa. Tässä tapauksessa jäähdytettynä b-faasi käy läpi eutektoidisen muunnoksen b ® a + TiX (kuva 17.1, sisään). Suurin osa
b-stabilisaattorit lisäävät titaaniseosten lujuutta, lämmönkestävyyttä ja lämpöstabiilisuutta vähentäen jonkin verran niiden taipuisuutta (kuva 17.2.). Lisäksi (a + b)- ja pseudo-b-rakenteen omaavat seokset voidaan kovettaa lämpökäsittelyllä (kovettuminen + vanhentaminen).
Neutraalit alkuaineet (Zr, Sn) eivät vaikuta merkittävästi polymorfisen muutoksen lämpötilaan eivätkä muuta titaaniseosten faasikoostumusta (kuva 17.1, G).
Polymorfinen b ® a -transformaatio voi tapahtua kahdella tavalla. Hitaalla jäähdytyksellä ja atomien suurella liikkuvuudella se tapahtuu tavanomaisen diffuusiomekanismin mukaisesti kiinteän a-liuoksen monitahoisen rakenteen muodostuessa. Nopealla jäähdytyksellä - diffuusiottoman martensiittisen mekanismin avulla, jossa muodostuu neulamainen martensiittinen rakenne, merkitty ¢ tai korkeammalla seostusasteella - a ¢ ¢ . A, a ¢ , a ¢ ¢:n kiderakenne on käytännössä samaa tyyppiä (HCP), mutta a ¢:n ja a ¢ ¢:n hila on enemmän vääristynyt ja vääristymisaste kasvaa seosainepitoisuuden kasvaessa. On näyttöä [1] siitä, että a ¢ ¢ -vaiheen hila on enemmän ortorombinen kuin kuusikulmainen. Kun vanhenemisvaiheet a ¢ ja a ¢ ¢ erotetaan toisistaan b-faasi tai metallien välinen faasi.
Riisi. 17.1. "Ti-seostettujen elementtien" järjestelmien tilakaaviot (kaaviot):
a) "Ti-a-stabilisaattorit";
b) "Ti-isomorfiset b-stabilisaattorit";
sisään) "Ti-eutektoideja muodostavat b-stabilisaattorit";
G) "Ti-neutraalit elementit"
Riisi. 17.2. Seosaineiden vaikutus titaanin mekaanisiin ominaisuuksiin
Toisin kuin hiiliterästen martensiitti, joka on interstitiaalinen liuos ja jolle on ominaista korkea lujuus ja hauraus, titaanimartensiitti on korvaava ratkaisu, ja titaaniseosten karkaisu martensiitille a ¢ johtaa lievään kovettumiseen, eikä siihen liity jyrkkää plastisuuden heikkenemistä. .
Eri b-stabilisaattoreita sisältävien titaaniseosten hitaan ja nopean jäähtymisen aikana tapahtuvat faasimuutokset sekä syntyneet rakenteet on esitetty yleistetyllä kaaviolla (kuva 17.3). Se koskee isomorfisia b-stabilisaattoreita (kuva 17.1, b) ja jossain määrin eutektoideja muodostaville b-stabilisaattoreille (kuva 17.1, sisään), koska eutektoidinen hajoaminen näissä seoksissa on hyvin hidasta ja se voidaan jättää huomiotta.
Riisi. 17.3. Kaavio seoksen faasikoostumuksen muuttamisesta "Ti-b-stabilisaattori" nopeudesta riippuen
jäähdytys ja kovettuminen b-alueelta
Hitaalla jäähdytyksellä titaaniseoksissa, riippuen b-stabilisaattoreiden pitoisuudesta, voidaan saada rakenteita: a, a + b tai b, vastaavasti.
Martensiittisen muutoksen seurauksena lämpötila-alueella M n -M k (esitetty katkoviivalla kuvassa 17.3) tapahtuvan sammutuksen aikana tulee erottaa neljä metalliseosryhmää.
Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat seokset, joissa b-stabiloivien alkuaineiden pitoisuus on korkeintaan C1, ts. seokset, joilla b-alueelta sammutettuna on yksinomaan ¢ (a¢¢)-rakenne. Kun nämä seokset on sammutettu lämpötiloista (a + b) -alueelta polymorfisesta muutoksesta T Kuviossa 1 niiden rakenne on seos faasien a ¢ (a ¢ ¢), a ja b ja sammutuksen jälkeen alle lämpötiloista. T cr niillä on (a + b)-rakenne.
Toinen ryhmä koostuu lejeeringeistä, joiden seosalkuaineiden pitoisuus on C 1 - C cr ja joissa b-alueelta sammutettuna martensiittista muutosta ei tapahdu loppuun asti ja niiden rakenne on a ¢ (a ¢ ¢ ) ja b. Tämän ryhmän seokset sammutuksen jälkeen lämpötiloista polymorfisesta muutoksesta T kr on rakenteeltaan a ¢ (a ¢ ¢), a ja b ja lämpötilat alle T cr - rakenne (a + b).
Kolmannen ryhmän metalliseosten, joissa on b-stabiloivien alkuaineiden pitoisuus C cr:stä C 2:ksi, kovettaminen b-alueen lämpötiloista tai polymorfisesta muutoksesta T Kuvioon 2 liittyy b-vaiheen osan muuntaminen w-vaiheeksi, ja tämän tyyppisillä seoksilla on sammutuksen jälkeen rakenne (b + w). Kolmannen ryhmän metalliseokset kovettumisen jälkeen alle lämpötiloista T 2:lla on rakenne (b + a).
Neljännen ryhmän lejeeringeillä sammutuksen jälkeen polymorfisen muunnoksen yläpuolella olevista lämpötiloista on yksinomaan b-rakenne ja polymorfisen muunnoksen - (b + a) alapuolella olevista lämpötiloista.
On huomattava, että b ® b + w -muunnoksia voi tapahtua sekä jäähdytettäessä metalliseoksia, joiden pitoisuus on (С cr –С 2), että vanhenettaessa metalliseoksia, joiden pitoisuus on yli С 2 ja joilla on metastabiili b-faasi. . Joka tapauksessa w-vaiheen läsnäolo ei ole toivottavaa, koska se haurastuu voimakkaasti titaaniseokset. Suositellut lämpökäsittelyohjelmat sulkevat pois sen esiintymisen teollisissa seoksissa tai sen esiintymisen käyttöolosuhteissa.
Titaaniseoksille käytetään seuraavia lämpökäsittelytyyppejä: hehkutus, kovettaminen ja vanhentaminen sekä kemiallinen-terminen käsittely (nitridaus, silikonointi, hapetus jne.).
Hehkutus suoritetaan kaikille titaaniseoksille rakenteen muodostumisen loppuunsaattamiseksi, rakenteellisen ja pitoisuuden heterogeenisyyden sekä mekaanisten ominaisuuksien tasoittamiseksi. Hehkutuslämpötilan tulisi olla korkeampi kuin uudelleenkiteytyslämpötila, mutta alempi kuin siirtymälämpötila b-tilaan ( T pp) jyvien kasvun estämiseksi. Käytä perinteinen hehkutus, kaksois- tai isoterminen(rakenteen ja ominaisuuksien vakauttamiseksi), epätäydellinen(lievittääkseen sisäistä rasitusta).
Karkaisua ja vanhentamista (kovettuva lämpökäsittely) voidaan soveltaa (a + b) -rakenteen omaaviin titaaniseoksiin. Kovetuslämpökäsittelyn periaate on saada metastabiilit faasit b , a ¢ , a ¢ ¢ sammutuksen aikana ja niiden myöhempi hajoaminen vapauttamalla dispergoituneita hiukkasia a - ja b - vaiheissa keinotekoisen vanhentamisen aikana. Tässä tapauksessa vahvistava vaikutus riippuu metastabiilien faasien tyypistä, määrästä ja koostumuksesta sekä ikääntymisen jälkeen muodostuneiden a- ja b-faasin hiukkasten hienoudesta.
Kemiallis-terminen käsittely suoritetaan kovuuden ja kulumiskestävyyden lisäämiseksi, kestävyyttä "takaisin" käytettäessä kitka-olosuhteissa, väsymislujuutta sekä parantaa korroosionkestävyyttä, lämmönkestävyyttä ja lämmönkestävyyttä. Nitrauksella, silikonoinnilla ja tietyillä diffuusiometallointityypeillä on käytännön sovelluksia.
Titaaniseoksilla on tekniseen titaaniin verrattuna suurempi lujuus, myös korkeissa lämpötiloissa, samalla kun ne säilyttävät riittävän korkean sitkeyden ja korroosionkestävyyden.
Kotimaisen tuotemerkit ja kemiallinen koostumus
metalliseokset (GOST 19807–91) on esitetty taulukossa. 17.2.
Valmistustekniikan mukaan titaaniseokset jaetaan taottu ja valu; mekaanisten ominaisuuksien tason mukaan - seoksille alhainen lujuus ja korkea sitkeys, keskellä lujuus, korkea lujuus; käyttöehtojen mukaan - päällä kylmää kestävä, lämmönkestävä, korroosionkestävä . Lämpökäsittelyn kovettumiskyvyn mukaan ne jaetaan kovettunut ja kovettumaton, rakenteen mukaan hehkutetussa tilassa - a -, pseudo-a -, (a + b) -, pseudo-b - ja b-seoksiksi (taulukko 17.3).
Titaaniseosten erilliset ryhmät eroavat ehdollisen stabilointikertoimen arvosta Kb, joka näyttää b-stabiloivan seosaineen pitoisuuden suhteen sen pitoisuuteen kriittisen koostumuksen omaavassa seoksessa kanssa kr. Kun seos sisältää useita b-stabilisoivia elementtejä, niiden Kb kiteytti.
< 700 MPa, nimittäin: a - seokset luokkien VT1-00, VT1-0 (tekninen titaani) ja seokset OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn-järjestelmä), AT3 (Ti-Al-järjestelmä, jossa on pieniä lisäyksiä Cr , Fe, Si, B), jotka liittyvät pseudo-a-seoksiin, joissa on pieni määrä b-faasia. Näiden metalliseosten lujuusominaisuudet ovat korkeammat kuin puhtaan titaanin VT1-00- ja VT1-0-lejeerinkien epäpuhtauksien sekä OT4-0-, OT4-1- ja AT3-seosten a- ja b-stabilisaattoreiden vähäisen seostuksen vuoksi.
Näille seoksille on tunnusomaista korkea sitkeys sekä kuumissa että kylmissä oloissa, mikä mahdollistaa kaikentyyppisten puolivalmiiden tuotteiden valmistamisen: kalvot, nauhat, levyt, levyt, takeet, meistot, profiilit, putket jne. puolivalmiit tuotteet näistä seoksista on annettu välilehdessä. 17.4-17.6.
Taulukko 17.3
Titaaniseosten luokitus rakenteen mukaan
| Seosryhmä | Seoslaatu |
| VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
| Pseudo-a-seokset | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
| (a + b)-martensiittiluokka ( Kb= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
| (a + b)-Siirtymäluokan seokset ( Kb= 1,0–1,4) | |
| pseudo-b-seokset ( Kb= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
| b-seokset ( Kb= 2,5–3,0) |
* Kokeelliset seokset.
Taulukko 17.4
Titaaniseoslevyjen mekaaniset ominaisuudet (GOST 22178-76)
| Titaani laatuja | Esimerkki kunto | levyn paksuus, | Vetolujuus, s in, MPa | Suhteellinen venymä, d, % |
| hehkutettu | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| hehkutettu | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| 885 (885–1080) | ||||
| hehkutettu | 885 (885–1050) | |||
| St. 5.0–10.5 | 835 (835–1050) | |||
| karkaistu ja | ||||
| St. 7.0–10.5 | ||||
| hehkutettu | 930 (930–1180) | |||
| St. 4.0–10.5 | ||||
| hehkutettu | 980 (980–1180) | |||
| St. 4.0–10.5 | ||||
Huomautus. Suluissa olevat luvut koskevat levyjä, joiden pintakäsittely on korkea.
Taulukko 17.5
Titaaniseoksesta valmistettujen tankojen mekaaniset ominaisuudet (GOST 26492-85)
| Seoslaatu | Osavaltio | Tangon halkaisija | Raja | Suhteellinen | Suhteellinen | lyömäsoittimet |
| Hehkutettu | ||||||
| Hehkutettu | ||||||
| Hehkutettu | 885 (905–1050) | |||||
| 835 (835–1050) | ||||||
| Karkaistu ja vanhentunut | ||||||
| Hehkutettu | ||||||
| Karkaistu ja vanhentunut | ||||||
| Hehkutettu | 930 (980–1230) | |||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (980–1230) | ||||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (1030–1230) | ||||||
| 930 (980–1230) | ||||||
| Hehkutettu | 885 (885–1080) | |||||
| 865 (865–1080) | ||||||
| Karkaistu ja vanhentunut | ||||||
| Hehkutettu | 885 (930–1130) | |||||
| 885 (885–1130) | ||||||
| 1030 (1080–1230) | ||||||
| 1030 (1080–1280) | ||||||
Huomautus. Suluissa olevat tiedot ovat parempilaatuisia palkkeja varten.
Taulukko 17.6
Titaaniseoslevyjen mekaaniset ominaisuudet (GOST 23755-79)
| Seoslaatu | Osavaltio | levyn paksuus, | Vetolujuus s in, MPa | Suhteellinen venymä d, % | Suhteellinen supistuminen y , % | Iskulujuus KCU, J/cm2 |
| Ilman | ||||||
| hehkutettu | ||||||
| hehkutettu | ||||||
| Karkaistu ja vanhentunut | ||||||
| hehkutettu | ||||||
| Ilman lämpökäsittelyä | ||||||
Takominen, tilavuus- ja arkkileimaus, valssaus, puristus suoritetaan kuumassa tilassa taulukossa esitettyjen tilojen mukaisesti. 17.7. Loppuvalssaus, arkkileimaus, veto ja muut toimenpiteet suoritetaan kylmässä tilassa.
Nämä seokset ja niistä valmistetut tuotteet alistetaan vain hehkutukseen taulukossa esitettyjen menetelmien mukaisesti. 17.8. Epätäydellistä hehkutusta käytetään vähentämään koneistuksen, levyn leimaamisen, hitsauksen jne. aiheuttamia sisäisiä jännityksiä.
Nämä seokset hitsataan hyvin sulahitsauksella (argonkaari, upokaari, sähkökuona) ja kosketuksella (piste, tela). Sulahitsauksessa hitsausliitoksen lujuus ja sitkeys ovat lähes samat kuin perusmetallin.
Näiden seosten korroosionkestävyys on korkea monissa väliaineissa (merivesi, kloridit, alkalit, orgaaniset hapot jne.), lukuun ottamatta HF-, H2SO4-, HCl- ja eräitä muita liuoksia.
Sovellus. Näitä seoksia käytetään laajalti rakennemateriaaleina lähes kaikenlaisten puolivalmiiden tuotteiden, osien ja rakenteiden valmistukseen, mukaan lukien hitsatut. Niiden tehokkain käyttö on ilmailu-, kemian-, kryogeenitekniikassa (taulukko 17.9.) sekä yksiköissä ja rakenteissa, jotka toimivat jopa 300–350 °C:n lämpötiloissa.
Tähän ryhmään kuuluvat seokset, joiden vetolujuus on s in = 750–1000 MPa, nimittäin: a - VT5- ja VT5-1-laatujen seokset; pseudo-a-lejeeringit luokkien OT4, VT20; (a + b) -laatujen PT3V seokset sekä VT6, VT6S, VT14 hehkutetussa tilassa.
Seokset VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, jotka sisältävät pienen määrän b-faasia (tasapainotilassa 2–7 % b-faasista), eivät joudu kovettumaan lämpökäsittelyyn ja niitä käytetään. hehkutetussa tilassa. Seosta VT6S käytetään joskus lämpökarkaistussa tilassa. Seoksia VT6 ja VT14 käytetään sekä hehkutetussa että lämpökarkaistussa tilassa. Jälkimmäisessä tapauksessa niiden lujuus ylittää 1000 MPa, ja ne otetaan huomioon lujia metalliseoksia koskevassa osiossa.
Tarkasteltavana olevat seokset säilyttävät lisääntyneen lujuuden ohella tyydyttävän sitkeyden kylmässä ja hyvän sitkeyden kuumassa tilassa, mikä mahdollistaa kaikentyyppisten puolivalmiiden tuotteiden valmistamisen niistä: levyt, nauhat, profiilit, takeet, meistot , putket jne. Poikkeuksena on VT5-seos, josta ei valmisteta levyjä alhaisen teknologisen plastisuuden vuoksi. Kuumapainekäsittelyn tavat on esitetty taulukossa. 17.7.
Tämä metalliseosluokka muodostaa suurimman osan koneenrakennuksessa käytettävien puolivalmisteiden tuotannosta. Tärkeimpien puolivalmiiden tuotteiden mekaaniset ominaisuudet on esitetty taulukossa. 17.4-17.6.
Kaikki keskilujat metalliseokset ovat hyvin hitsattuja kaikilla titaanin hitsauksilla. Sulahitsauksella valmistetun hitsausliitoksen lujuus ja sitkeys on lähellä perusmetallin lujuutta ja sitkeyttä (VT20- ja VT6S-seoksilla tämä suhde on 0,9–0,95). Hitsauksen jälkeen suositellaan epätäydellistä hehkutusta sisäisten hitsausjännitysten lievittämiseksi (taulukko 17.8).
Näiden metalliseosten työstettävyys on hyvä. Korroosionkestävyys useimmissa aggressiivisissa ympäristöissä on samanlainen kuin teknisen titaanin VT1-0.
Taulukko 17.7
Titaaniseosten kuumamuovaustavat
| Seoslaatu | Valanteen taontatila | Taontatila esi | Paina leimaustilaa | Vasara leimaustila | tila |
|||||||||
| lämpötila | paksuus, | lämpötila | lämpötila | lämpötila | lämpötila |
|||||||||
| loppu | loppu | loppu | loppu |
|||||||||||
| Kaikki | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 850 | 40–50** | |||||||||||||
| Kaikki | ||||||||||||||
* Muodonmuutosaste yhdellä lämmityksellä, %.
** Muodonmuutos alueella (a + b).
*** Muodonmuutoksia b-alueella.
Taulukko 17.8
Hehkutustilat titaaniseoksille
| Seoslaatu | Hehkutuslämpötila, ° С | Huomautus |
|
| Arkkia | Tangot, takeet, meistot, |
||
| 445–585 ° С* |
|||
| 445–585 ° С* |
|||
| 480–520 ° С* |
|||
| 520–560 ° С* |
|||
| 545–585 ° С* |
|||
| Isoterminen hehkutus: lämmitys 870-920°C, pito, jäähdytys 600-650°C, jäähdytys uunilla tai siirto toiseen uuniin, pito 2 h, ilmajäähdytys |
|||
| Kaksoishehkutus, pito 550-600°C:ssa 2-5 tuntia Hehkutus 850°C, ilmajäähdytys sallittu voimaosille |
|||
| 550–650 ° С* |
|||
| Hehkutus on sallittu tilojen mukaan: 1) lämmitys 850 ° C: een, pito, jäähdytys uunilla 750 ° C: een, pito 3,5 tuntia, jäähdytys ilmassa; 2) lämmitys 800°C, pito 30 min, jäähdytys uunissa 500°C asti, sitten ilmassa |
|||
| Kaksoishehkutus, altistus 570–600 °C - 1 h. Isoterminen hehkutus on sallittu: lämmitys 920-950°C, pito, jäähdytys uunilla tai siirto toiseen uuniin, jonka lämpötila on 570-600°C, pito 1 h, jäähdytys ilmassa |
|||
| Kaksoishehkutus, altistus 530–580 °C - 2–12 tuntia. Isoterminen hehkutus on sallittu: lämmitys 950–980 °C:een, pito, jäähdytys uunilla tai siirto toiseen uuniin, jonka lämpötila on 530–580 °C, pito 2–12 tuntia, jäähdytys ilmassa |
|||
| 550–650 ° С* |
|||
| Isoterminen hehkutus on sallittu: lämmitys 790-810°C, pito, jäähdytys uunilla tai siirto toiseen uuniin 640-660°C asti, pito 30 min, jäähdytys ilmassa |
|||
| Levyjen osien hehkutus on sallittu lämpötilassa 650–750 ° С, (600–650 °С)* |
|||
| (riippuen puolivalmisteen osasta ja tyypistä) | Jäähdytys uunissa nopeudella 2–4 °C/min 450 °C:seen, sitten ilmassa. Kaksoishehkutus, altistus 500–650 ° C:ssa 1–4 tuntia Kaksoishehkutus on sallittu osille, jotka toimivat enintään 300 °C:n lämpötiloissa ja kesto 2000 h asti |
||
| (545–585 °C*) |
|||
* Epätäydelliset hehkutuslämpötilat.
Taulukko 17.9
Titaaniseosten mekaaniset ominaisuudet matalissa lämpötiloissa
| s in (MPa) lämpötilassa, ° С | d (%) lämpötilassa, ° С | KCU, J / cm 2 lämpötilassa, ° С |
||||||
Sovellus. Näitä seoksia suositellaan tuotteiden valmistukseen arkkileimauksella (OT4, VT20), hitsattuihin osiin ja kokoonpanoihin, leimahitsattuihin osiin (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) jne. VT6S-seosta käytetään laajalti mm. astioiden ja paineastioiden valmistus. OT4-, VT5-lejeeringeistä valmistetut osat ja kokoonpanot voivat toimia pitkään jopa 400 °C:n lämpötiloissa ja lyhyen aikaa - jopa 750 °C:ssa; seoksista VT5-1, VT20 - pitkään 450-500 °C:n lämpötiloissa ja lyhyen aikaa - 800-850 °C:een asti. Seoksia VT5-1, OT4, VT6S suositellaan käytettäväksi myös jäähdytykseen ja kryogeeninen teknologia (taulukko 17.9).
Tähän ryhmään kuuluvat seokset, joiden vetolujuus s > 1000 MPa, eli (a + b)-lejeeringit luokkien VT6, VT14, VT3-1, VT22. Näiden metalliseosten suuri lujuus saavutetaan kovettamalla lämpökäsittely (kovettuminen + vanheneminen). Poikkeuksena on runsasseosteinen metalliseos VT22, jonka s B > 1000 MPa jopa hehkutetussa tilassa.
Nämä seokset säilyttävät korkean lujuuden ohella hyvän (VT6) ja tyydyttävän (VT14, VT3-1, VT22) teknologisen sitkeyden kuumassa tilassa, minkä ansiosta niistä voidaan saada erilaisia puolivalmiita tuotteita: levyjä (paitsi VT3- 1), tangot, levyt, takeet, meistot, profiilit jne. Kuumamuovaustavat on esitetty taulukossa. 17.7. Seokset VT6 ja VT14 hehkutetussa tilassa (s in » 850 MPa) voidaan altistaa kylmälevylle pienillä muodonmuutoksilla. Tärkeimpien puolivalmisteiden mekaaniset ominaisuudet hehkutetussa ja kovetetussa tilassa on esitetty taulukossa. 17.4-17.6.
Heterofaasisesta rakenteesta huolimatta tarkasteltavilla metalliseoksilla on tyydyttävä hitsattavuus kaikilla titaanin hitsauksilla. Vaaditun lujuuden ja sitkeyden varmistamiseksi täydellinen hehkutus on pakollinen, ja VT14-seokselle (hitsattujen osien paksuus 10–18 mm) suositellaan suoritettavaa karkaisua, jota seuraa vanhentaminen. Tässä tapauksessa hitsausliitoksen (sulahitsauksen) lujuus on vähintään 0,9 perusmetallin lujuudesta. Hitsausliitoksen sitkeys on lähellä perusmetallin sitkeyttä.
Koneistettavuus on tyydyttävä. Seosten koneistus voidaan suorittaa sekä hehkutetussa että lämpökarkaistussa tilassa.
Näillä seoksilla on korkea korroosionkestävyys hehkutetuissa ja lämpökarkaistuissa oloissa kosteassa ilmakehässä, merivedessä ja monissa muissa aggressiivisissa ympäristöissä, kuten kaupallisessa titaanissa.
Lämpökäsittely . Seokset VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 ovat alttiina kovettumiselle ja vanhenemiselle (katso edellä). Suositeltavat kuumennustavat kovettumiseen ja vanhenemiseen monoliittisille tuotteille, puolivalmiille tuotteille ja hitsatuille osille on esitetty taulukossa. 17.10.
Jäähdytys sammutuksen aikana suoritetaan vedessä ja vanhentamisen jälkeen ilmassa. VT6-, VT6S-lejeeringeistä valmistetuille osille, joiden poikkileikkaus on enintään 40–45 mm, ja VT3-1-, VT14-, VT22-seoksille - 60 mm asti, on tarjolla täysi karkaisu.
Jotta voidaan varmistaa (a + b) -rakenteen omaavien metalliseosten lujuuden ja sitkeyden tyydyttävä yhdistelmä karkaisun ja vanhentamisen jälkeen, on välttämätöntä, että niiden rakenne on tasaakselinen tai "korikudos" ennen kovetuslämpökäsittelyä. Esimerkkejä alkuperäisistä mikrorakenteista, jotka tarjoavat tyydyttävät ominaisuudet, on esitetty kuvioissa 1 ja 2. 17,4 (tyypit 1–7).
Taulukko 17.10
Titaaniseosten lujittavan lämpökäsittelyn tavat
| Seoslaatu | Polymorfisen muunnoksen lämpötila T pp, ° С | Lämpötila | Lämpötila | Kesto |
Seoksen alkuperäinen neulamainen rakenne, jossa on b-vaiheen (tyypit 8–9) primaariset raeraajat ylikuumenemisen aikana sammutuksen ja vanhenemisen tai hehkutuksen jälkeen, johtaa avioliittoon - lujuuden ja sitkeyden heikkenemiseen. Siksi on välttämätöntä välttää (a + b) metalliseosten kuumennusta polymorfisen muunnoslämpötilan yläpuolelle, koska ylikuumentunutta rakennetta ei voida korjata lämpökäsittelyllä.
Lämmitys lämpökäsittelyn aikana on suositeltavaa suorittaa sähköuuneissa, joissa on automaattinen lämpötilan säätö ja rekisteröinti. Kalkkikiven muodostumisen estämiseksi valmiiden osien ja levyjen lämmitys on suoritettava uuneissa, joissa on suojailmakehä tai suojapinnoitteita käyttäen.
Kun ohuita levyosia lämmitetään karkaisua varten, lämpötilan tasaamiseksi ja niiden vääntymisen vähentämiseksi uunin pohjalle asetetaan 30–40 mm paksu teräslevy. Monimutkaisten kokoonpanojen ja ohutseinäisten osien kovettamiseen käytetään lukituslaitteita vääntymisen ja hihnan estämiseksi.
Korkean lämpötilan prosessoinnin (karkaisu tai hehkutus) uunissa ilman suojaavaa ilmakehää jälkeen puolivalmiille tuotteille, joita ei käsitellä jatkokäsittelyssä, on suoritettava vesihiekkapuhallus tai korundihionta, ja levytuotteet on myös peitattava.
Sovellus. Lujia titaaniseoksia käytetään kriittisten osien ja kokoonpanojen valmistukseen: hitsatut rakenteet (VT6, VT14), turbiinit (VT3-1), leimahitsatut kokoonpanot (VT14), voimakkaasti kuormitetut osat ja meistetut rakenteet (VT22). Nämä seokset voivat toimia pitkään jopa 400 °C:n lämpötiloissa ja lyhyen aikaa jopa 750 °C:n lämpötiloissa.
Lujien titaaniseosten ominaisuus rakennemateriaalina on niiden lisääntynyt herkkyys jännityskeskittimille. Siksi suunniteltaessa osia näistä seoksista on tarpeen ottaa huomioon useita vaatimuksia (parempi pinnan laatu, siirtymäsäteiden kasvu yhdestä osasta toiseen jne.), jotka ovat samanlaisia kuin lujia teräksiä käytettäessä. käytetty.
Titaanin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, titaanin saaminen
Titaanin käyttö puhtaassa muodossa ja seosten muodossa, titaanin käyttö yhdisteiden muodossa, titaanin fysiologinen vaikutus
Osa 1. Titaanin historia ja esiintyminen luonnossa.
Titan -Tämä neljännen ryhmän toissijaisen alaryhmän, D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän neljännen jakson alkuaine, atominumerolla 22. Yksinkertainen aine titaani (CAS-numero: 7440-32-6) on hopean kevytmetalli -valkoinen väri. Sitä esiintyy kahdessa kiteisessä muunnelmassa: α-Ti kuusikulmainen tiiviisti tiivistetty hila, β-Ti kuutiomainen kappalekeskeinen tiiviste, polymorfisen muunnoksen α↔β lämpötila on 883 °C. Sulamispiste 1660±20 °C.
Titaanin historia ja esiintyminen luonnossa
Titan on nimetty antiikin kreikkalaisten hahmojen Titaanien mukaan. Saksalainen kemisti Martin Klaproth nimesi sen tällä tavalla henkilökohtaisista syistään, toisin kuin ranskalaiset, jotka yrittivät antaa nimiä alkuaineen kemiallisten ominaisuuksien mukaan, mutta koska alkuaineen ominaisuuksia ei tuolloin tiedetty, tällainen nimi oli valittu.
Titaani on 10. alkuaine sen lukumäärällä mitattuna planeetallamme. Titaanin määrä maankuoressa on 0,57 painoprosenttia ja 0,001 milligrammaa litrassa merivettä. Titaaniesiintymät sijaitsevat seuraavien alueiden alueella: Etelä-Afrikan tasavalta, Ukraina, Venäjä, Kazakstan, Japani, Australia, Intia, Ceylon, Brasilia ja Etelä-Korea.
Fysikaalisten ominaisuuksien osalta titaani on kevyt hopeanhohtoinen metalli, lisäksi sille on ominaista korkea viskositeetti koneistuksen aikana ja se on taipuvainen tarttumaan leikkuutyökaluun, joten tämän vaikutuksen poistamiseksi käytetään erityisiä voiteluaineita tai ruiskutusta. Huoneenlämmössä se on peitetty läpikuultavalla TiO2-oksidikalvolla, minkä vuoksi se kestää korroosiota useimmissa aggressiivisissa ympäristöissä, paitsi emäksissä. Titaanipölyllä on kyky räjähtää, ja sen leimahduspiste on 400 °C. Titaanilastut ovat syttyviä.
Puhtaan titaanin tai sen seosten valmistukseen käytetään useimmissa tapauksissa titaanidioksidia, johon sisältyy pieni määrä yhdisteitä. Esimerkiksi rutiilirikaste, joka saadaan rikastamalla titaanimalmeja. Mutta rutiilivarat ovat äärimmäisen pienet, ja tässä yhteydessä käytetään ilmeniittirikasteiden käsittelyssä saatua ns. synteettistä rutiilia tai titaanikuonaa.
Titaanin löytäjänä pidetään 28-vuotiasta englantilaista munkkia William Gregoria. Vuonna 1790 suorittaessaan mineralogisia tutkimuksia seurakunnassaan hän kiinnitti huomion mustan hiekan yleisyyteen ja epätavallisiin ominaisuuksiin Menakenin laaksossa Lounais-Englannissa ja alkoi tutkia sitä. Hiekasta pappi löysi mustan kiiltävän mineraalin jyviä, joita veti puoleensa tavallinen magneetti. Van Arkelin ja de Boerin vuonna 1925 jodidimenetelmällä hankkima puhtain titaani osoittautui sitkeäksi ja teknologiseksi metalliksi, jossa on monia arvokkaita ominaisuuksia, joka herätti monenlaisten suunnittelijoiden ja insinöörien huomion. Vuonna 1940 Croll ehdotti magnesiumtermistä menetelmää titaanin uuttamiseksi malmeista, joka on edelleen tärkein menetelmä. Vuonna 1947 valmistettiin ensimmäiset 45 kg kaupallisesti puhdasta titaania.
Titaanin atominumero on 22 Mendelejevin alkuaineiden jaksollisessa taulukossa. Atomimassa luonnollinen titaani, laskettuna sen isotooppien tutkimustuloksista, on 47,926. Joten neutraalin titaaniatomin ydin sisältää 22 protonia. Neutronien eli neutraalien varautumattomien hiukkasten lukumäärä on erilainen: useammin 26, mutta voi vaihdella välillä 24-28. Siksi titaani-isotooppien määrä on erilainen. Alkuaineen nro 22 isotooppeja tunnetaan yhteensä 13. Luonnon titaani koostuu viiden stabiilin isotoopin seoksesta, titaani-48 on eniten edustettuna, sen osuus luonnonmalmeista on 73,99 %. Titaani ja muut IVB-alaryhmän alkuaineet ovat ominaisuuksiltaan hyvin samankaltaisia kuin IIIB-alaryhmän (scandium-ryhmä) elementit, vaikka ne eroavatkin jälkimmäisistä kyvyssään osoittaa suurta valenssia. Titaanin samankaltaisuus skandiumin, yttriumin sekä VB-alaryhmän alkuaineiden - vanadiinin ja niobiumin kanssa ilmenee myös siinä, että titaania löytyy usein luonnollisista mineraaleista yhdessä näiden alkuaineiden kanssa. Yksiarvoisilla halogeeneilla (fluori, bromi, kloori ja jodi) se voi muodostaa di-tri- ja tetrayhdisteitä rikin ja sen ryhmän alkuaineiden (seleeni, telluuri) - mono- ja disulfidien kanssa, hapen kanssa - oksideja, dioksidia ja trioksideja .
Titaani muodostaa myös yhdisteitä vedyn (hydridit), typen (nitridit), hiilen (karbidit), fosforin (fosfidit), arseenin (arsidit) kanssa sekä yhdisteitä monien metallien kanssa - metallien välisiä yhdisteitä. Titaani ei muodosta vain yksinkertaisia, vaan myös lukuisia monimutkaisia yhdisteitä; monet sen yhdisteet orgaanisten aineiden kanssa tunnetaan. Kuten voidaan nähdä luettelosta yhdisteistä, joihin titaani voi osallistua, se on kemiallisesti erittäin aktiivinen. Ja samalla titaani on yksi harvoista metalleista, joilla on poikkeuksellisen korkea korroosionkestävyys: se on käytännössä ikuista ilmassa, kylmässä ja kiehuvassa vedessä, se on erittäin kestävä merivedessä, monien suolojen liuoksissa, epäorgaanisissa ja orgaanisissa hapot. Meriveden korroosionkestävyydeltään se ylittää kaikki metallit, paitsi jalometallit - kulta, platina jne., useimmat ruostumattoman teräksen tyypit, nikkeli, kupari ja muut metalliseokset. Vedessä, monissa aggressiivisissa ympäristöissä, puhdas titaani ei ole alttiina korroosiolle. Kestää titaania ja eroosiokorroosiota, joka johtuu metalliin kohdistuvien kemiallisten ja mekaanisten vaikutusten yhdistelmästä. Tässä suhteessa se ei ole huonompi kuin ruostumattomien terästen, kuparipohjaisten metalliseosten ja muiden rakennemateriaalien parhaat laatuluokat. Titaani kestää hyvin myös väsymiskorroosiota, joka usein ilmenee metallin eheyden ja lujuuden rikkomisena (halkeilu, paikalliset korroosiokeskukset jne.). Titaanin käyttäytyminen monissa aggressiivisissa ympäristöissä, kuten typessä, suolahapossa, rikkihapossa, "aqua regiassa" ja muissa hapoissa ja emäksissä, on yllättävää ja ihailtavaa tälle metallille.
Titaani on erittäin tulenkestävä metalli. Kauan sen uskottiin sulavan 1800 °C:ssa, mutta 50-luvun puolivälissä. Englantilaiset tiedemiehet Diardorf ja Hayes määrittelivät sulamispisteen puhtaalle alkuainetitaanille. Sen lämpötila oli 1668 ± 3 °C. Tulenkestävästi titaani on huonompi kuin metallit, kuten volframi, tantaali, niobium, renium, molybdeeni, platinoidit, zirkonium, ja tärkeimpien rakennemetallien joukossa se on ensimmäisellä sijalla. Titaanin tärkein ominaisuus metallina on sen ainutlaatuinen fyysinen ja Kemialliset ominaisuudet: pieni tiheys, korkea lujuus, kovuus jne. Pääasia on, että nämä ominaisuudet eivät muutu merkittävästi korkeissa lämpötiloissa.
Titaani on kevytmetalli, sen tiheys 0°C:ssa on vain 4,517 g/cm8 ja 100°C:ssa 4,506 g/cm3. Titaani kuuluu metallien ryhmään, jonka ominaispaino on alle 5 g/cm3. Tämä sisältää kaikki alkalimetallit (natrium, kadium, litium, rubidium, cesium), joiden ominaispaino on 0,9–1,5 g/cm3, magnesiumin (1,7 g/cm3), alumiinin (2,7 g/cm3) jne. Titaani on enemmän kuin 1,5 kertaa raskaampi kuin alumiini, ja tässä se tietysti häviää sille, mutta se on 1,5 kertaa kevyempi kuin rauta (7,8 g/cm3). Kuitenkin ottaen tietty painovoima titaani on alumiinin ja raudan välissä, ja se ylittää ne monta kertaa mekaanisilta ominaisuuksiltaan.). Titaanilla on merkittävä kovuus: se on 12 kertaa kovempaa kuin alumiini, 4 kertaa kovempi kuin rauta ja kupari. Toinen metallin tärkeä ominaisuus on sen myötöraja. Mitä korkeampi se on, sitä paremmin tästä metallista valmistetut osat kestävät käyttökuormituksia. Titaanin myötöraja on lähes 18 kertaa korkeampi kuin alumiinin. Titaaniseosten ominaislujuutta voidaan lisätä kertoimella 1,5–2. Sen korkeat mekaaniset ominaisuudet säilyvät hyvin useiden satojen asteiden lämpötiloissa. Puhdas titaani soveltuu kaikenlaiseen käsittelyyn kuumassa ja kylmässä: sitä voidaan takoa kuten rautaa, vetää ja jopa tehdä lankaksi, rullata levyiksi, teipeiksi ja kalvoiksi jopa 0,01 mm paksuiksi.
Toisin kuin useimmat metallit, titaanilla on merkittävä sähkövastus: jos hopean sähkönjohtavuus on 100, niin kuparin sähkönjohtavuus on 94, alumiinin 60, raudan ja platinan -15 ja titaanin vain 3,8. Titaani on paramagneettinen metalli, se ei magnetisoidu kuin rauta magneettikentässä, mutta sitä ei työnnetä ulos kuin kuparia. Sen magneettinen herkkyys on erittäin heikko, tätä ominaisuutta voidaan käyttää rakentamisessa. Titaanilla on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus, vain 22,07 W / (mK), mikä on noin 3 kertaa pienempi kuin raudan lämmönjohtavuus, 7 kertaa pienempi kuin magnesiumilla, 17-20 kertaa pienempi kuin alumiinilla ja kuparilla. Näin ollen titaanin lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin muiden rakennemateriaalien: 20 C:ssa se on 1,5 kertaa pienempi kuin raudalla, 2 - kuparilla ja melkein 3 - alumiinilla. Siten titaani johtaa huonosti sähköä ja lämpöä.
Nykyään titaaniseoksia käytetään laajalti lentotekniikassa. Titaaniseoksia käytettiin ensimmäisen kerran teollisessa mittakaavassa lentokoneiden suihkumoottoreiden rakentamisessa. Titaanin käyttö suihkumoottoreiden suunnittelussa mahdollistaa niiden painon vähentämisen 10...25 %. Erityisesti kompressorin levyt ja terät, ilmanottoosat, ohjaussiivet ja kiinnikkeet valmistetaan titaaniseoksesta. Titaaniseokset ovat välttämättömiä yliäänilentokoneille. Lentonopeuksien kasvu ilma-alus johti ihon lämpötilan nousuun, minkä seurauksena alumiiniseokset eivät enää täytä ilmailutekniikan vaatimuksia yliäänenopeuksille. Ihon lämpötila saavuttaa tässä tapauksessa 246...316 °C. Näissä olosuhteissa titaaniseokset osoittautuivat hyväksyttävimmäksi materiaaliksi. 70-luvulla titaaniseosten käyttö siviililentokoneiden rungossa lisääntyi merkittävästi. Keskipitkän matkan lentokoneessa TU-204 kokonaispaino titaaniseoksesta valmistettujen osien paino on 2570 kg. Titaanin käyttö helikoptereissa laajenee vähitellen pääasiassa pääroottorijärjestelmän, käyttö- ja ohjausjärjestelmän osissa. Rakettitieteessä titaaniseokset ovat tärkeässä asemassa.
Meriveden korkean korroosionkestävyyden vuoksi titaania ja sen seoksia käytetään laivanrakennuksessa potkureiden, laivojen pinnoitteiden, sukellusveneiden, torpedojen jne. valmistukseen. Kuoret eivät tartu titaaniin ja sen seoksiin, mikä lisää jyrkästi aluksen vastusta sen liikkuessa. Vähitellen titaanin käyttöalueet laajenevat. Titaania ja sen seoksia käytetään kemian-, petrokemian-, massa- ja paperi- ja elintarviketeollisuudessa, ei-rautametalliteollisuudessa, energiatekniikassa, elektroniikassa, ydinteknologiassa, galvanoinnissa, aseiden valmistuksessa, panssarilevyjen, kirurgisten instrumenttien valmistuksessa, kirurgiset implantit, suolanpoistolaitokset, kilpa-autojen osat, urheiluvälineet (golfmailat, kiipeilyvälineet), kellojen osia ja jopa koruja. Titaanin nitraus johtaa kultaisen kalvon muodostumiseen sen pinnalle, joka ei ole kauneudeltaan huonompi kuin todellinen kulta.
Englantilainen W. Gregor ja saksalainen kemisti M. G. Klaproth löysivät TiO2:n lähes samanaikaisesti ja itsenäisesti. W. Gregor, tutkiessaan magneettisen rautapitoisen hiekan koostumusta (Creed, Cornwall, Englanti, 1791), eristi uuden "maan" (oksidin) tuntemattomasta metallista, jota hän kutsui menakeniksi. Vuonna 1795 saksalainen kemisti Klaproth löysi rutiilin mineraalista uuden alkuaineen ja antoi sille nimen titaani. Kaksi vuotta myöhemmin Klaproth totesi, että rutiili ja menaken-maa ovat saman alkuaineen oksideja, joiden taakse Klaprothin ehdottama nimi "titaani" jäi. 10 vuoden kuluttua titaanin löytö tapahtui kolmannen kerran. Ranskalainen tiedemies L. Vauquelin löysi titaanin anataasista ja osoitti, että rutiili ja anataasi ovat identtisiä titaanioksideja.
Ensimmäisen metallisen titaanin näytteen hankki vuonna 1825 J. Ya. Berzelius. Titaanin korkean kemiallisen aktiivisuuden ja sen puhdistuksen monimutkaisuuden vuoksi hollantilaiset A. van Arkel ja I. de Boer saivat vuonna 1925 puhtaan Ti-näytteen titaanijodidin TiI4-höyryn lämpöhajotuksella.
Titaani on 10. runsain luonnossa. Maankuoren pitoisuus on 0,57 massaprosenttia, merivedessä 0,001 mg / l. Ultraemäksisessä kivessä 300 g/t, emäksisessä kivessä 9 kg/t, happamassa kivessä 2,3 kg/t, savessa ja liuskeessa 4,5 kg/t. Maankuoressa titaani on lähes aina neliarvoista ja sitä on vain happiyhdisteissä. Se ei esiinny vapaassa muodossa. Titaanilla on sään ja sateen olosuhteissa geokemiallinen affiniteetti Al2O3:lle. Se on keskittynyt säänkuoren bauksiitteihin ja meren savimaisiin sedimentteihin. Titaanin siirto tapahtuu mineraalien mekaanisten fragmenttien ja kolloidien muodossa. Joihinkin saveihin kertyy jopa 30 painoprosenttia TiO2:ta. Titaanimineraalit ovat säänkestäviä ja muodostavat suuria pitoisuuksia paikoilleen. Yli 100 titaania sisältävää mineraalia tunnetaan. Tärkeimmät niistä ovat: rutiili TiO2, ilmeniitti FeTiO3, titanomagnetiitti FeTiO3 + Fe3O4, perovskiitti CaTiO3, titaniitti CaTiSiO5. On olemassa primaarisia titaanimalmeja - ilmeniitti-titanomagnetiitti ja sijoittaja - rutiili-ilmeniitti-zirkoni.
Päämalmit: ilmeniitti (FeTiO3), rutiili (TiO2), titaniitti (CaTiSiO5).
Vuonna 2002 louhitusta titaanista 90 % käytettiin titaanidioksidin TiO2:n valmistukseen. Maailman titaanidioksidin tuotanto oli 4,5 miljoonaa tonnia vuodessa. Vahvistetut titaanidioksidivarannot (ilman Venäjää) ovat noin 800 miljoonaa tonnia.Vuodelle 2006 titaanidioksidilla mitattuna ja ilman Venäjää ilmeniittimalmivarat ovat 603-673 miljoonaa tonnia ja rutiilia. - 49,7- 52,7 miljoonaa tonnia Maailman todistetut titaanivarat (lukuun ottamatta Venäjää) riittää siis nykyisellä tuotantonopeudella yli 150 vuodeksi.
Venäjällä on maailman toiseksi suurimmat titaanivarat Kiinan jälkeen. Titaanin mineraalivarasto Venäjällä koostuu 20 esiintymästä (joista 11 on primääriesiintymää ja 9 tulvaa), jotka ovat melko tasaisesti hajallaan koko maassa. Suurin tutkituista esiintymistä (Jaregskoje) sijaitsee 25 km:n päässä Ukhtan kaupungista (Komin tasavalta). Esiintymän varannon arvioidaan olevan 2 miljardia tonnia malmia, jonka keskimääräinen titaanidioksidipitoisuus on noin 10 %.
Maailman suurin titaanin tuottaja on venäläinen VSMPO-AVISMA.
Titaanin ja sen yhdisteiden valmistuksen lähtöaine on pääsääntöisesti titaanidioksidi, jossa on suhteellisen vähän epäpuhtauksia. Erityisesti se voi olla rutiilirikaste, joka saadaan titaanimalmien rikastamisen aikana. Maailman rutiilivarat ovat kuitenkin hyvin rajalliset, ja ilmeniittirikasteiden käsittelyssä saatua ns. synteettistä rutiilia tai titaanikuonaa käytetään useammin. Titaanikuonan saamiseksi ilmeniittirikastetta pelkistetään valokaariuunissa, kun taas rauta erotetaan metallifaasiksi (valurauta), eivätkä pelkistyneet titaanioksidit ja epäpuhtaudet muodostavat kuonafaasia. Rikas kuona käsitellään kloridi- tai rikkihappomenetelmällä.
Puhtaassa muodossa ja seosten muodossa
Titaaninen monumentti Gagarinille Leninski Prospektilla Moskovassa
Metallia käytetään: kemianteollisuudessa (reaktorit, putkistot, pumput, putkiosat), sotateollisuudessa (vartalopanssari, panssari ja paloesteet ilmailussa, sukellusveneiden rungot), teollisissa prosesseissa (suolanpoistolaitokset, massa- ja paperiprosessit), autoteollisuudessa , maatalousteollisuus, elintarviketeollisuus, lävistyskorut, lääketeollisuus (proteesit, osteoproteesit), hammaslääketieteen ja endodontian instrumentit, hammasimplantit, urheiluvälineet, korut (Aleksandro Khomov), matkapuhelimet, kevytmetalliseokset jne. Se on tärkein rakennemateriaali lentokoneissa, raketeissa, laivanrakennuksessa.
Titaanivalu suoritetaan tyhjiöuuneissa grafiittimuotteissa. Myös tyhjiösijoitusvalua käytetään. Teknisistä vaikeuksista johtuen sitä käytetään taiteellisessa valussa rajoitetusti. Maailman ensimmäinen monumentaalinen valettu titaaniveistos on Juri Gagarinin muistomerkki hänen mukaansa nimetyllä aukiolla Moskovassa.
Titaani on seosteinen lisäaine monissa seosteräksissä ja useimmissa erikoisseoksissa.
Nitinoli (nikkeli-titaani) on muotomuistiseos, jota käytetään lääketieteessä ja tekniikassa.
Titaanialuminidit ovat erittäin hapettumisen- ja lämmönkestäviä, mikä puolestaan määräsi niiden käytön lento- ja autoteollisuudessa rakennemateriaaleina.
Titaani on yksi yleisimmistä suurtyhjiöpumpuissa käytetyistä sitojamateriaaleista.
Valkoista titaanidioksidia (TiO2) käytetään maaleissa (kuten titaanivalkoisessa) sekä paperin ja muovin valmistuksessa. Elintarvikelisäaine E171.
Orgaanisia taaniyhdisteitä (esim. tetrabutoksititaania) käytetään katalyyttinä ja kovettimena kemian- ja maaliteollisuudessa.
Epäorgaanisia titaaniyhdisteitä käytetään kemian-, elektroniikka- ja lasikuituteollisuudessa lisäaineina tai pinnoitteina.
Titaanikarbidi, titaanidiboridi, titaanikarbonitridi ovat tärkeitä komponentteja erittäin kovissa metallien käsittelyssä.
Titaaninitridia käytetään työkalujen, kirkkokupolien päällystämiseen ja pukukorujen valmistukseen, koska. on kullan värinen.
Bariumtitanaatti BaTiO3, lyijytitanaatti PbTiO3 ja monet muut titanaatit ovat ferrosähköisiä aineita.
On olemassa monia titaaniseoksia, joissa on erilaisia metalleja. Seosaineet jaetaan kolmeen ryhmään riippuen niiden vaikutuksesta polymorfisen muunnoslämpötilaan: beeta-stabilisaattorit, alfastabilisaattorit ja neutraalit kovettimet. Ensimmäiset alentavat muunnoslämpötilaa, jälkimmäiset lisäävät sitä, ja jälkimmäiset eivät vaikuta siihen, vaan johtavat matriisin liuoskovettumiseen. Esimerkkejä alfastabilisaattoreista: alumiini, happi, hiili, typpi. Beeta-stabilisaattorit: molybdeeni, vanadiini, rauta, kromi, nikkeli. Neutraalit kovettimet: zirkonium, tina, silikoni. Beeta-stabilisaattorit puolestaan jaetaan beeta-isomorfisiin ja beeta-eutektoideja muodostaviin. Yleisin titaaniseos on Ti-6Al-4V-seos (in Venäjän luokitus- BT6).
60% - maali;
20% - muovi;
13 % - paperi;
7 % - konetekniikka.
15-25 dollaria kilolta puhtaudesta riippuen.
Karkean titaanin (titaanisienen) puhtaus ja laatu määräytyy yleensä sen kovuuden mukaan, joka riippuu epäpuhtauksien pitoisuudesta. Yleisimmät merkit ovat TG100 ja TG110.
Ferrotitaanin (vähintään 70 % titaania) hinta 22.12.2010 on 6,82 dollaria kilogrammalta. 01.01.2010 hinta oli 5,00 dollarin tasolla kilolta.
Venäjällä titaanin hinnat olivat vuoden 2012 alussa 1200-1500 ruplaa/kg.
Edut:
pieni tiheys (4500 kg / m3) auttaa vähentämään käytetyn materiaalin massaa;
korkea mekaaninen lujuus. On huomattava, että korotetuissa lämpötiloissa (250-500 °C) titaaniseokset ovat lujuudeltaan parempia kuin lujat alumiini- ja magnesiumseokset;
epätavallisen korkea korroosionkestävyys, mikä johtuu titaanin kyvystä muodostaa ohuita (5-15 mikronin) jatkuvia TiO2-oksidikalvoja pinnalle, jotka ovat tiukasti kiinni metallimassaan;
parhaiden titaaniseosten ominaislujuus (lujuuden ja tiheyden suhde) saavuttaa 30-35 tai enemmän, mikä on lähes kaksi kertaa seostettujen terästen ominaislujuus.
Haitat:
korkeat tuotantokustannukset, titaani on paljon kalliimpaa kuin rauta, alumiini, kupari, magnesium;
aktiivinen vuorovaikutus korkeissa lämpötiloissa, erityisesti nestemäisessä tilassa, kaikkien ilmakehän muodostavien kaasujen kanssa, minkä seurauksena titaani ja sen seokset voidaan sulattaa vain tyhjiössä tai inertissä kaasuympäristössä;
titaanijätteen tuotantoon liittyvät vaikeudet;
huonot kitkanestoominaisuudet johtuen titaanista, joka tarttuu moniin materiaaleihin, titaanin ja titaanin pariksi yhdistetty titaani ei voi toimia kitkaa vastaan;
titaanin ja monien sen seosten suuri taipumus vetyhaurastumiseen ja suolakorroosioon;
huono työstettävyys, joka on samanlainen kuin austeniittisten ruostumattomien terästen;
korkea reaktiivisuus, taipumus rakeiden kasvuun korkeassa lämpötilassa ja faasimuutokset hitsausjakson aikana aiheuttavat vaikeuksia titaanin hitsauksessa.
Pääosa titaanista käytetään ilmailu- ja rakettiteknologian sekä laivojen laivanrakennuksen tarpeisiin. Titaania (ferrotitaania) käytetään korkealaatuisten terästen seosaineena ja hapettumisenestoaineena. Teknistä titaania käytetään säiliöiden, kemiallisten reaktorien, putkien, liitososien, pumppujen, venttiilien ja muiden aggressiivisissa ympäristöissä toimivien tuotteiden valmistukseen. Korkeissa lämpötiloissa toimivien sähkötyhjiölaitteiden ristikot ja muut osat on valmistettu kompaktista titaanista.
Rakennemateriaalina käytettäessä titaani on neljännellä sijalla, toiseksi vain Al:n, Fe:n ja Mg:n jälkeen. Titaanialuminidit ovat erittäin hapettumisen- ja lämmönkestäviä, mikä puolestaan määräsi niiden käytön lento- ja autoteollisuudessa rakennemateriaaleina. Titaanin biologinen turvallisuus tekee siitä erinomaisen materiaalin elintarviketeollisuuteen ja korjaavaan kirurgiaan.
Titaania ja sen seoksia käytetään laajalti tekniikassa niiden korkean mekaanisen lujuuden, joka säilyy korkeissa lämpötiloissa, korroosionkestävyyden, lämmönkestävyyden, ominaislujuuden, alhaisen tiheyden ja muiden hyödyllisten ominaisuuksien vuoksi. Titaanin ja sen seosten korkeita kustannuksia kompensoi monissa tapauksissa niiden parempi suorituskyky, ja joissakin tapauksissa ne ovat ainoa materiaali, josta on mahdollista valmistaa laitteita tai rakenteita, jotka voivat toimia tietyissä olosuhteissa.
Titaaniseokset ovat tärkeässä roolissa lentotekniikassa, jossa pyritään saavuttamaan kevyin muotoilu yhdistettynä vaadittavaan lujuuteen. Titaani on muihin metalleihin verrattuna kevyttä, mutta samalla se voi toimia korkeissa lämpötiloissa. Titaaniseoksia käytetään ihon, kiinnitysosien, tehosarjan, alustan osien ja erilaisten yksiköiden valmistukseen. Näitä materiaaleja käytetään myös lentokoneiden suihkumoottoreiden rakentamisessa. Tämän avulla voit vähentää niiden painoa 10-25%. Titaaniseoksia käytetään kompressorien levyjen ja siipien, ilmanotto- ja ohjaussiipien osien sekä kiinnikkeiden valmistukseen.
Titaania ja sen seoksia käytetään myös rakettitieteessä. Moottoreiden lyhytaikainen toiminta ja ilmakehän tiheiden kerrosten nopea kulkeminen rakettitiedettä huomioon ottaen väsymislujuuden, staattisen kestävyyden ja osittain virumisen ongelmat ovat suurelta osin poistuneet.
Tekninen titaani ei sovellu lentosovelluksiin riittämättömän korkean lämmönkestävyyden vuoksi, mutta poikkeuksellisen korkean korroosionkestävyyden vuoksi se on joissain tapauksissa korvaamaton kemianteollisuudessa ja laivanrakennuksessa. Joten sitä käytetään kompressorien ja pumppujen valmistuksessa aggressiivisten väliaineiden, kuten rikki- ja suolahappo ja niiden suolat, putkistot, venttiilit, autoklaavit, erilaiset säiliöt, suodattimet jne. Vain titaanilla on korroosionkestävyys ympäristöissä, kuten märässä kloorissa, vesipitoisissa ja happamissa klooriliuoksissa, joten klooriteollisuuden laitteet valmistetaan tästä metallista. Titaanista valmistetaan lämmönvaihtimia, jotka toimivat syövyttävissä ympäristöissä, esimerkiksi typpihapossa (ei savuava). Laivanrakennuksessa titaania käytetään potkureiden valmistukseen, laivojen, sukellusveneiden, torpedojen jne. pinnoitukseen. Kuoret eivät tartu titaaniin ja sen seoksiin, mikä lisää jyrkästi aluksen vastusta sen liikkuessa.
Titaaniseokset ovat lupaavia käytettäväksi monissa muissa sovelluksissa, mutta niiden käyttöä tekniikassa rajoittaa titaanin korkea hinta ja niukkuus.
Titaaniyhdisteitä käytetään myös laajasti eri teollisuudenaloilla. Titaanikarbidilla on korkea kovuus, ja sitä käytetään leikkaustyökalujen ja hiomamateriaalien valmistuksessa. Valkoista titaanidioksidia (TiO2) käytetään maaleissa (kuten titaanivalkoisessa) sekä paperin ja muovin valmistuksessa. Orgaanisia taaniyhdisteitä (esim. tetrabutoksititaania) käytetään katalyyttinä ja kovettimena kemian- ja maaliteollisuudessa. Epäorgaanisia titaaniyhdisteitä käytetään kemian-, elektroniikka- ja lasikuituteollisuudessa lisäaineena. Titaanidiboridi on tärkeä komponentti erittäin kovissa metallityöstömateriaaleissa. Titaaninitridia käytetään työkalujen pinnoittamiseen.
Titaanin nykyisten korkeiden hintojen vuoksi sitä käytetään pääasiassa sotilasvarusteiden valmistukseen, jossa päärooli ei kuulu kustannuksiin, vaan teknisiin ominaisuuksiin. Siitä huolimatta tunnetaan tapauksia, joissa titaanin ainutlaatuisia ominaisuuksia käytetään siviilitarpeisiin. Kun titaanin hinta laskee ja tuotanto kasvaa, tämän metallin käyttö sotilas- ja siviilitarkoituksiin laajenee yhä enemmän.
Ilmailu. Titaanin ja sen seosten alhainen ominaispaino ja suuri lujuus (etenkin korkeissa lämpötiloissa) tekevät niistä erittäin arvokkaita lentomateriaaleja. Lentokoneiden rakentamisessa ja lentokoneiden moottoreiden valmistuksessa titaani korvaa yhä enemmän alumiinia ja ruostumatonta terästä. Lämpötilan noustessa alumiini menettää nopeasti lujuutensa. Toisaalta titaanilla on selvä lujuusetu jopa 430 °C:n lämpötiloissa, ja tämän luokan kohonneita lämpötiloja esiintyy suurilla nopeuksilla aerodynaamisen kuumentamisen vuoksi. Teräksen korvaaminen titaanilla ilmailussa etuna on painon vähentäminen lujuudesta tinkimättä. Yleinen painon aleneminen ja parempi suorituskyky korkeissa lämpötiloissa mahdollistaa lentokoneiden hyötykuorman, kantomatkan ja ohjattavuuden lisäämisen. Tämä selittää ponnistelut, joilla pyritään laajentamaan titaanin käyttöä lentokoneiden rakentamisessa moottoreiden valmistuksessa, runkojen rakentamisessa, nahkojen ja jopa kiinnikkeiden valmistuksessa.
Suihkumoottoreiden valmistuksessa titaania käytetään pääasiassa kompressorin siipien, turbiinilevyjen ja monien muiden meistettyjen osien valmistukseen. Täällä titaani korvaa ruostumattomat ja lämpökäsitellyt seosteräkset. Kilon säästö moottorin painossa säästää jopa 10 kg koneen kokonaispainossa rungon keventämisen ansiosta. Tulevaisuudessa on tarkoitus käyttää titaanilevyä moottorin polttokammioiden koteloiden valmistukseen.
Lentokoneiden rakentamisessa titaania käytetään laajalti rungon osissa, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa. Titaanilevyä käytetään kaikenlaisten koteloiden, kaapeleiden suojavaippojen ja ammusten ohjaimien valmistukseen. Erilaisia jäykistyselementtejä, rungon runkoja, ripoja jne. on valmistettu seostetuista titaanilevyistä.
Suojukset, läpät, kaapelin vaipat ja ammuksen ohjaimet on valmistettu seostamattomasta titaanista. Seostettua titaania käytetään rungon rungon, runkojen, putkistojen ja paloesteiden valmistukseen.
Titaania käytetään yhä enemmän F-86- ja F-100-lentokoneiden valmistuksessa. Tulevaisuudessa titaanista valmistetaan laskutelineiden ovia, hydrauliputkia, pakoputkia ja suuttimia, särmiä, läppiä, taittotukia jne.
Titaanista voidaan valmistaa panssarilevyjä, potkurin lapoja ja kuorilaatikoita.
Tällä hetkellä titaania käytetään sotilaslentokoneiden Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 ja Boeing B-52 rakentamisessa.
Titaania käytetään myös siviililentokoneiden DC-7 rakentamisessa. Korvaamalla alumiiniseoksia ja ruostumatonta terästä titaanilla moottorin konepellin ja paloesteiden valmistuksessa Douglas-yhtiö on saavuttanut jo noin 90 kg:n säästöjä lentokonerakenteen painossa. Tällä hetkellä titaaniosien paino tässä lentokoneessa on 2 %, ja tämän luvun odotetaan nousevan 20 prosenttiin lentokoneen kokonaispainosta.
Titaanin käyttö mahdollistaa helikopterien painon vähentämisen. Titaanilevyä käytetään lattioissa ja ovissa. Helikopterin painon merkittävä pudotus (noin 30 kg) saavutettiin, kun seostettu teräs korvattiin titaanilla sen roottoreiden siipien päällystämiseksi.
Laivasto. Titaanin ja sen seosten korroosionkestävyys tekee niistä erittäin arvokkaan materiaalin merellä. Yhdysvaltain merivoimien ministeriö tutkii laajasti titaanin korroosionkestävyyttä savukaasuille, höyrylle, öljylle ja merivedelle altistumiselta. Titaanin korkealla ominaislujuudella on lähes yhtä suuri merkitys merivoimissa.
Metallin alhainen ominaispaino yhdistettynä korroosionkestävyyteen lisää alusten ohjattavuutta ja kantamaa sekä alentaa materiaaliosan ylläpito- ja korjauskustannuksia.
Titaanin sovelluksia laivastossa ovat pakoputket sukellusveneiden dieselmoottoreille, instrumenttilevyt, ohutseinäiset putket lauhduttimille ja lämmönvaihtimille. Asiantuntijoiden mukaan titaani, kuten mikään muu metalli, pystyy pidentämään sukellusveneiden pakokaasuvaimentimien käyttöikää. Titaani tarjoaa paremman kestävyyden mittarilevyille, jotka ovat alttiina suolavedelle, bensiinille tai öljylle. Selvitetään mahdollisuutta käyttää titaania lämmönvaihdinputkien valmistukseen, jonka tulisi olla korroosionkestävää putkia ulkoa huuhtelevassa merivedessä ja samalla kestää niiden sisällä virtaavan pakokaasun lauhteen vaikutukset. Harkitaan mahdollisuutta valmistaa titaanista antenneja ja tutkalaitteistojen komponentteja, joiden edellytetään kestävän savukaasujen ja meriveden vaikutuksia. Titaania voidaan käyttää myös osien kuten venttiilien, potkureiden, turbiinien osien jne. valmistukseen.
Tykistö. Ilmeisesti suurin titaanin potentiaalinen kuluttaja voi olla tykistö, jossa on parhaillaan käynnissä intensiivinen tutkimus eri prototyypeistä. Tällä alueella vain yksittäisten osien ja titaanista valmistettujen osien valmistus on kuitenkin standardoitua. Titaanin melko rajallinen käyttö tykistössä, jossa on laaja tutkimusalue, selittyy sen korkeilla kustannuksilla.
Useita tykistökaluston osia tutkittiin mahdollisuudesta korvata tavanomaiset materiaalit titaanilla titaanin hintojen alenemisen perusteella. Päähuomio kiinnitettiin osiin, joissa painonpudotus on olennaista (käsin kuljetettavat ja ilmakuljetukset).
Laastin pohjalevy valmistettu titaanista teräksen sijaan. Tällaisella vaihdolla ja joidenkin muutosten jälkeen kahdesta puolikkaasta koostuvan teräslevyn sijasta, joiden kokonaispaino oli 22 kg, oli mahdollista luoda yksi 11 kg painava osa. Tämän vaihdon ansiosta on mahdollista vähentää huoltohenkilöstön määrää kolmesta kahteen. Mahdollisuutta käyttää titaania aseiden liekinsammuttimien valmistukseen harkitaan.
Titaanista valmistettuja aseen kiinnikkeitä, vaunuristejä ja rekyylisylintereitä testataan. Titaania voidaan käyttää laajalti ohjattujen ammusten ja rakettien valmistuksessa.
Ensimmäiset titaanin ja sen metalliseosten tutkimukset osoittivat mahdollisuuden valmistaa niistä panssarilevyjä. Teräspanssarin (12,7 mm paksu) korvaaminen saman ammuksen vastuksen omaavalla titaanipanssarilla (16 mm paksu) mahdollistaa näiden tutkimusten mukaan jopa 25 % painon säästön.
Laadukkaat titaaniseokset antavat toivoa mahdollisuudesta korvata teräslevyt samanpaksuisilla titaanilevyillä, mikä säästää painoa jopa 44 %. Teollinen sovellus titaani tarjoaa paremman ohjattavuuden, lisää aseen kuljetusaluetta ja kestävyyttä. Moderni taso Lentoliikenteen kehitys tekee ilmeisiksi kevyiden panssaroitujen autojen ja muiden titaanista valmistettujen ajoneuvojen edut. Tykistöosasto aikoo varustaa jalkaväen kypärillä, pistimellä, kranaatinheittimillä ja käsin liekinheittimet valmistettu titaanista. Titaaniseosta käytettiin ensimmäisen kerran tykistössä joidenkin automaattisten aseiden mäntien valmistukseen.
Kuljetus. Monet titaanin käytön eduista panssaroitujen materiaalien tuotannossa koskevat myös ajoneuvoja.
Liikennealan yritysten tällä hetkellä kuluttamien rakennemateriaalien korvaamisen titaanilla pitäisi johtaa polttoaineen kulutuksen vähenemiseen, hyötykuormakapasiteetin kasvuun, kampimekanismien osien väsymisrajan nousuun jne. rautatiet on välttämätöntä vähentää kuollutta painoa. Liikkuvan kaluston kokonaispainon merkittävä väheneminen titaanin käytöstä säästää pitoa, pienentää kaulojen ja akselilaatikoiden mittoja.
Paino on tärkeä myös perävaunuille. Ajoneuvo. Myös teräksen korvaaminen titaanilla akseleiden ja pyörien valmistuksessa lisäisi hyötykuormitusta.
Kaikki nämä mahdollisuudet voitaisiin toteuttaa alentamalla titaanin hintaa 15:stä 2-3 dollariin titaanipuolivalmisteiden kilolta.
Kemianteollisuus. Kemianteollisuuden laitteiden valmistuksessa metallin korroosionkestävyys on äärimmäisen tärkeää. On myös välttämätöntä vähentää painoa ja lisätä laitteiden lujuutta. Loogisesti pitäisi olettaa, että titaani voisi tarjota useita etuja laitteiden valmistuksessa happojen, alkalien ja epäorgaanisten suolojen kuljettamiseksi siitä. Lisää mahdollisuuksia titaanin käytölle avautuu muun muassa tankkien, pylväiden, suodattimien ja kaikenlaisten korkeapainesylintereiden valmistuksessa.
Titaaniputkien käyttö voi parantaa laboratorioautoklaavien ja lämmönvaihtimien lämmityspatterien tehokkuutta. Titaanin soveltuvuus sylintereiden valmistukseen, joissa kaasuja ja nesteitä varastoidaan paineen alaisena pitkään, on todistettu palamistuotteiden mikroanalyysissä raskaamman lasiputken sijaan (näkyy kuvan yläosassa). Pienen seinämän paksuuden ja pienen ominaispainonsa ansiosta tätä putkea voidaan punnita pienemmillä, herkemmillä analyysivaaoilla. Tässä keveyden ja korroosionkestävyyden yhdistelmä parantaa kemiallisen analyysin tarkkuutta.
Muut sovellukset. Titaanin käyttö on tarkoituksenmukaista elintarvike-, öljy- ja sähköteollisuudessa sekä kirurgisten instrumenttien valmistuksessa ja itse kirurgiassa.
Titaanista valmistetut ruoanvalmistuspöydät, höyrytyspöydät ovat laadultaan terästuotteita parempia.
Öljy- ja kaasuporausteollisuudessa korroosion torjunta on erittäin tärkeää, joten titaanin käyttö mahdollistaa korroosion aiheuttamien laitteiden tankojen vaihtamisen harvemmin. Katalyyttisessä tuotannossa ja öljyputkien valmistuksessa on toivottavaa käyttää titaania, joka säilyttää mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa ja jolla on hyvä korroosionkestävyys.
Sähköteollisuudessa titaania voidaan käyttää kaapeleiden panssariin sen hyvän ominaislujuuden, korkean sähkövastuksen ja ei-magneettisten ominaisuuksien ansiosta.
Eri teollisuudenaloilla aletaan käyttää titaanista valmistettuja kiinnikkeitä. Titaanin käytön laajentaminen edelleen on mahdollista kirurgisten instrumenttien valmistuksessa pääasiassa sen korroosionkestävyyden vuoksi. Titaaniset instrumentit ovat tässä suhteessa parempia kuin perinteiset kirurgiset instrumentit toistuvasti keitettyinä tai autoklaavina.
Kirurgian alalla titaani osoittautui paremmaksi kuin vitallium ja ruostumattomat teräkset. Titaanin esiintyminen kehossa on melko hyväksyttävää. Levy ja titaanista valmistetut ruuvit luiden kiinnittämiseksi olivat eläimen ruumiissa useita kuukausia ja luu kasvoi ruuvien kierteisiin ja levyn reikään.
Titaanin etu on myös siinä, että levylle muodostuu lihaskudosta.
Noin puolet maailmassa valmistetuista titaanituotteista lähetetään yleensä siviililentokoneteollisuuteen, mutta sen taantuminen tunnettujen traagisten tapahtumien jälkeen pakottaa monet alan toimijat etsimään uusia sovelluksia titaanille. Tämä materiaali edustaa ensimmäistä osaa ulkomaisessa metallurgisessa lehdistössä julkaistuista julkaisuista, jotka on omistettu titaanin tulevaisuudennäkymiin nykyaikaisissa olosuhteissa. Yhden johtavista amerikkalaisista titaani RT1 -valmistajista mukaan ilmailu-avaruussegmentin osuus titaanin kokonaistuotannosta maailmanlaajuisesti, 50-60 tuhatta tonnia vuodessa, on jopa 40 kulutusta, teollista sovellusta ja sovellusta. osuus on 34 ja sotilasalue 16 ja noin 10 osuus titaanin käytöstä kulutustuotteissa. Titaanin teollisia sovelluksia ovat kemialliset prosessit, energia, öljy- ja kaasuteollisuus sekä suolanpoistolaitokset. Sotilaallisiin ei-ilmailusovelluksiin kuuluu pääasiassa käyttö tykistössä ja taisteluajoneuvoissa. Aloja, joilla titaania käytetään merkittävästi, ovat autoteollisuus, arkkitehtuuri ja rakentaminen, urheiluvälineet ja korut. Melkein kaikki harkoissa oleva titaani tuotetaan Yhdysvalloissa, Japanissa ja IVY-maissa – Euroopan osuus maailmanlaajuisesta määrästä on vain 3,6. Alueelliset markkinat titaanin loppukäytölle vaihtelevat suuresti - silmiinpistävin esimerkki omaperäisyydestä on Japani, jossa siviili-avaruusalan osuus on vain 2-3 ja 30 prosenttia kemiantehtaiden laitteissa ja rakenneosissa käytetystä titaanin kokonaiskulutuksesta. Noin 20 Japanin kokonaiskysynnästä tulee sieltä ydinvoima ja kiinteän polttoaineen voimalaitoksissa loput ovat arkkitehtuurissa, lääketieteessä ja urheilussa. Päinvastainen kuva on havaittavissa Yhdysvalloissa ja Euroopassa, joissa yksinomaan hyvin tärkeä kuluttaa ilmailualalla - 60-75 ja 50-60 kullekin alueelle. Yhdysvalloissa perinteisesti vahvoja loppumarkkinoita ovat kemikaalit, lääketieteelliset laitteet, teollisuuslaitteet, kun taas Euroopassa suurin osuus on öljy- ja kaasuteollisuudessa sekä rakennusteollisuudessa. Voimakas riippuvuus ilmailu- ja avaruusteollisuudesta on ollut pitkään huolenaihe titaaniteollisuudelle, joka yrittää laajentaa titaanisovelluksia erityisesti nykyisen taantuman aikana. siviili-ilmailu globaalissa mittakaavassa. US Geological Surveyn mukaan vuoden 2003 ensimmäisellä neljänneksellä titaanisienen tuonti väheni merkittävästi - vain 1319 tonnia, mikä on 62 tonnia vähemmän kuin 3431 tonnia vuoden 2002 vastaavana ajanjaksona. Ilmailu- ja avaruusteollisuus tulee aina olemaan yksi johtavista titaanin markkinoista, mutta meidän titaaniteollisuuden on kohdattava haaste ja tehtävä kaikkemme varmistaaksemme, ettei toimialamme aiheuta kehitystä ja taantumaa ilmailualalla. Jotkut titaaniteollisuuden johtavista valmistajista näkevät kasvavia mahdollisuuksia olemassa olevilla markkinoilla, joista yksi on merenalaisten laitteiden ja materiaalien markkinat. RT1:n myynti- ja jakelupäällikön Martin Prokon mukaan titaania on käytetty sähkön tuotannossa ja vedenalaisissa sovelluksissa pitkään, 1980-luvun alusta lähtien, mutta vasta viimeisen viiden vuoden aikana nämä alueet ovat kehittyneet tasaisesti ja vastaavasti kasvussa. markkinarako. Merenalaisella sektorilla kasvua vetää ensisijaisesti poraukset suuremmissa syvyyksissä, joissa titaani on sopivin materiaali. Sen niin sanotusti vedenalainen elinkaari on viisikymmentä vuotta, mikä vastaa vedenalaisten projektien tavanomaista kestoa. Olemme jo listanneet alueet, joilla titaanin käytön lisääntyminen on todennäköistä. Howmet Ti-Castin myyntipäällikkö Bob Funnell huomauttaa, että markkinoiden nykytilanne voidaan nähdä kasvumahdollisuuksina uusilla alueilla, kuten kuorma-autojen turboahtimien, rakettien ja pumppujen pyörivät osat.
Yksi meneillään olevista projekteistamme on BAE Butitzer XM777 -kevyiden tykistöjärjestelmien kehittäminen kaliiperilla 155 mm. Nowmet toimittaa 17 28 rakenteellisesta titaanikokoonpanosta kutakin aseen kiinnikettä kohti, toimitetaan osittain merijalkaväen Yhdysvaltojen on määrä aloittaa elokuussa 2004. Kun aseen kokonaispaino on 9 800 paunaa ja noin 4,44 tonnia, titaani muodostaa noin 2 600 paunaa ja noin 1,18 tonnia titaania sen suunnittelussa - käytetään 6A14U metalliseosta, jossa on suuri määrä valukappaleita, kertoo palotukijärjestelmien johtaja Frank Hrster. BAE Sy81et8. Tämä XM777-järjestelmä on tarkoitus korvata nykyinen M198 Newitzer -järjestelmä, joka painaa noin 17 000 puntaa ja noin 7,71 tonnia. Massatuotantoa suunnitellaan vuosille 2006-2010 - toimitukset on alun perin suunniteltu Yhdysvaltoihin, Isoon-Britanniaan ja Italiaan, mutta ohjelmaa on mahdollista laajentaa toimituksiin Naton jäsenmaihin. John Barber Timetista huomauttaa, että esimerkkejä sotilasvarusteista, jotka käyttävät merkittäviä määriä titaania rakentamisessaan, ovat Abramé-tankki ja Bradley-taisteluauto. Kahden viime vuoden ajan Naton, Yhdysvaltojen ja Britannian yhteinen ohjelma on ollut käynnissä titaanin käytön tehostamiseksi aseissa ja puolustusjärjestelmissä. Kuten useammin kuin kerran on todettu, titaani soveltuu erittäin hyvin käytettäväksi autoteollisuudessa, mutta tämän suunnan osuus on melko vaatimaton - noin 1 titaanin kokonaiskulutuksesta eli 500 tonnia vuodessa, italialaisen mukaan. yritys Poggipolini, joka valmistaa titaanisia komponentteja ja osia Formula-1- ja kilpa-moottoripyöriin. Daniele Stoppolini, tämän yrityksen tutkimus- ja kehitysjohtaja, uskoo, että titaanin kysyntä tällä markkinasegmentillä on tällä hetkellä 500 tonnin tasolla, kun tätä materiaalia käytetään massiivisesti venttiilien, jousien, pakojärjestelmien ja voimansiirron rakentamisessa. akselit, pultit, voisivat mahdollisesti nousta tasolle, joka ei ole lähes 16 000 tonnia vuodessa. Hän lisäsi, että hänen yrityksensä on vasta alkamassa kehittää automatisoitua titaanipulttien tuotantoa tuotantokustannusten alentamiseksi. Hänen mielestään rajoittavia tekijöitä, joiden vuoksi titaanin käyttö ei autoteollisuudessa laajene merkittävästi, ovat kysynnän arvaamattomuus ja epävarmuus raaka-aineiden saatavuudesta. Samaan aikaan autoteollisuudessa on edelleen suuri potentiaalinen markkinarako titaanille, jossa yhdistyvät kierrejousien ja pakokaasujärjestelmien optimaaliset paino- ja lujuusominaisuudet. Valitettavasti Yhdysvaltojen markkinoilla titaanin laajaa käyttöä näissä järjestelmissä leimaa vain melko eksklusiivinen puoliurheilumalli Chevrolet Corvette Z06, joka ei voi millään tavalla väittää olevansa massaauto. Polttoainetalouden ja korroosionkestävyyden jatkuvien haasteiden vuoksi titaanin näkymät ovat kuitenkin edelleen olemassa. Hyväksyntää varten muiden kuin ilmailu- ja ei-sotilaallisten sovellusten markkinoilla UNITI-yhteisyritys perustettiin äskettäin sen nimessä, sana yhtenäisyys soitetaan - unity ja Ti - titaanin nimitys jaksollisessa taulukossa osana maailman johtavat titaanin tuottajat - American Allegheny Technologies ja venäläinen VSMPO-Avisma. Nämä markkinat on tarkoituksella suljettu pois, sanoi uuden yrityksen toimitusjohtaja Carl Moulton, koska aiomme tehdä uudesta yrityksestä johtavan toimittajan teollisuudelle, joka käyttää titaaniosia ja -kokoonpanoja, pääasiassa petrokemian ja sähköntuotantoa. Lisäksi aiomme markkinoida aktiivisesti suolanpoistolaitteiden, ajoneuvojen, kuluttajatuotteiden ja elektroniikan aloilla. Uskon, että tuotantolaitoksemme täydentävät toisiaan hyvin - VSMPO:lla on erinomaiset valmiudet lopputuotteiden valmistukseen, Alleghenyllä on erinomaiset perinteet kylmä- ja kuumatitaanivalssattujen tuotteiden valmistuksessa. UNITIn osuuden maailmanlaajuisista titaanituotteiden markkinoista odotetaan olevan 45 miljoonaa puntaa eli noin 20 411 tonnia. Lääketieteellisten laitteiden markkinoita voidaan pitää vakaasti kehittyvänä markkinana - British Titanium International Groupin mukaan titaanin vuotuinen pitoisuus eri implanteissa ja proteeseissa on maailmanlaajuisesti noin 1000 tonnia, ja tämä luku kasvaa, kun leikkauksen mahdollisuudet korvata. ihmisten nivelet onnettomuuksien tai vammojen jälkeen. Joustavuuden, lujuuden, keveyden ilmeisten etujen lisäksi titaani on erittäin yhteensopiva kehon kanssa biologisessa mielessä, koska ihmiskehossa ei ole syöpymistä kudoksiin ja nesteisiin. Hammaslääketieteessä myös proteesien ja implanttien käyttö on huimaa vauhtia - kolme kertaa viimeisen kymmenen vuoden aikana, American Dental Associationin mukaan, suurelta osin titaanin ominaisuuksien vuoksi. Vaikka titaanin käyttö arkkitehtuurissa on peräisin yli 25 vuoden takaa, sen laaja käyttö tällä alueella alkoi vasta vuonna viime vuodet. Arabiemiirikuntien Abu Dhabin lentokentän laajennus, joka on määrä valmistua vuonna 2006, käyttää jopa 1,5 miljoonaa puntaa noin 680 tonnia titaania. Melko paljon erilaisia titaania käyttäviä arkkitehtuuri- ja rakennusprojekteja suunnitellaan toteutettavaksi paitsi kehittyneiden maiden USA:ssa, Kanadassa, Isossa-Britanniassa, Saksassa, Sveitsissä, Belgiassa, Singaporessa, myös Egyptissä ja Perussa.
Kuluttajatuotteiden markkinasegmentti on tällä hetkellä nopeimmin kasvava segmentti titaanimarkkinoilla. Kun 10 vuotta sitten tämä segmentti oli vain 1-2 titaanimarkkinoista, nyt se on kasvanut 8-10 markkinaosaan. Kaiken kaikkiaan kulutustavarateollisuudessa titaanin kulutus kasvoi noin kaksi kertaa koko titaanimarkkinoiden vauhtia. Titaanin käyttö urheilussa on pisin, ja sillä on suurin osuus titaanin käytöstä kuluttajatuotteissa. Syy titaanin suosioon urheiluvälineissä on yksinkertainen - sen avulla voit saada paino- ja voimasuhteen, joka on parempi kuin mitä tahansa muuta metallia. Titaanin käyttö polkupyörissä alkoi noin 25-30 vuotta sitten ja oli ensimmäinen titaanin käyttö urheiluvälineissä. Pääasiassa käytetään Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 metalliseosputkia. Muita titaaniseoksesta valmistettuja osia ovat jarrut, ketjupyörät ja istuinjouset. Titaanin käyttö golfmailojen valmistuksessa alkoi 80-luvun lopulla ja 90-luvun alussa Japanin mailojen valmistajien toimesta. Vuoteen 1994-1995 asti tämä titaanin käyttö oli käytännössä tuntematon Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Tilanne muuttui, kun Callaway esitteli Ruger Titanium -titaanikuvan, nimeltään Great Big Bertha. Callawayn ilmeisten etujen ja hyvin harkitun markkinoinnin ansiosta titaanitikuista tuli välitön hitti. Lyhyessä ajassa titaanimailat ovat muuttuneet pienen golfaajaryhmän eksklusiivisista ja kalliista laitteista useimpien golfaajien laajaan käyttöön, vaikka ne ovat edelleen kalliimpia kuin teräsmailat. Haluaisin mainita mielestäni tärkeimmät golfmarkkinoiden kehitystrendit, jotka ovat nousseet korkean teknologian tasolta massatuotantoon lyhyessä 4-5 vuodessa seuraten muiden korkeatyövoimaisten alojen polkua. kustannukset, kuten vaatteiden, lelujen ja kulutuselektroniikan tuotanto, golfmailojen valmistus on mennyt halvimman työvoiman maihin ensin Taiwaniin, sitten Kiinaan, ja nyt tehtaita rakennetaan maihin, joissa on vielä halvempaa työvoimaa, kuten Vietnamissa. ja Thaimaassa titaania käytetään ehdottomasti kuljettajiin, missä sen ylivoimaiset ominaisuudet antavat selkeän edun ja oikeuttavat korkeamman hinnan. Titaani ei kuitenkaan ole vielä löytänyt kovin laajaa käyttöä myöhemmissä mailoissa, koska kustannusten merkittävää nousua ei tueta vastaavalla pelin parannuksella.Tällä hetkellä ajurit valmistetaan pääosin taotulla iskupinnalla, taotulla tai valetulla kannella ja valettu pohja.Ammattigolfliiton ROA salli äskettäin nostaa ns. paluukertoimen ylärajaa, jonka yhteydessä kaikki mailojen valmistajat yrittävät lisätä iskupinnan jousiominaisuuksia. Tätä varten on tarpeen vähentää iskupinnan paksuutta ja käyttää siihen vahvempia metalliseoksia, kuten SP700, 15-3-3-3 ja VT-23. Keskitytään nyt titaanin ja sen seosten käyttöön muissa urheiluvälineissä. Kilpapyörän putket ja muut osat on valmistettu ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V seoksesta. Sukellusveitsien valmistuksessa käytetään yllättävän paljon titaanilevyä. Useimmat valmistajat käyttävät Ti6Al-4V-seosta, mutta tämä seos ei tarjoa terän reunojen kestävyyttä kuten muut vahvemmat seokset. Jotkut valmistajat ovat siirtymässä käyttämään BT23-seosta.
Titaanisten scubaveitsien vähittäismyyntihinta on noin 70-80 dollaria. Valetut titaanihevosenkengät vähentävät merkittävästi painoa teräkseen verrattuna ja tarjoavat samalla tarvittavan lujuuden. Valitettavasti tämä titaanin käyttö ei toteutunut, koska titaanihevosenkengät kimmelsivät ja pelottivat hevosia. Harvat suostuvat käyttämään titaanihevosenkenkiä ensimmäisten epäonnistuneiden kokeiden jälkeen. Titanium Beach, jonka kotipaikka on Newport Beach, Kalifornia, Newport Beach, Kalifornia, on kehittänyt Ti6Al-4V-seoksesta valmistettuja luistinteriä. Valitettavasti tässäkin ongelmana on terien reunan kestävyys. Uskon, että tällä tuotteella on mahdollisuus elää, jos valmistajat käyttävät vahvempia metalliseoksia, kuten 15-3-3-3 tai BT-23. Titaania käytetään laajalti vuorikiipeilyssä ja patikoinnissa, melkein kaikissa tavaroissa, joita kiipeilijät ja retkeilijät kantavat repuissaan pullot, kupit 20–30 dollarin vähittäismyynti, ruoanlaittovälineet noin 50 dollarin vähittäismyynti, astiasto, joka on valmistettu enimmäkseen kaupallisesti puhtaasta 1. ja 2. titaanista. Muita esimerkkejä kiipeily- ja retkeilyvarusteista ovat kompaktit uunit, telttatelineet ja -telineet, jääkirjeet ja jääruuvit. Asevalmistajat ovat hiljattain alkaneet valmistaa titaanisia pistooleja sekä urheiluammuntaan että lainvalvontatarkoituksiin.
Kulutuselektroniikka on melko uusi ja nopeasti kasvava markkina-alue titaanille. Monissa tapauksissa titaanin käyttö kulutuselektroniikassa ei johdu sen erinomaisista ominaisuuksista, vaan myös tuotteiden houkuttelevasta ulkonäöstä. Kaupallisesti puhdasta Grade 1 titaania käytetään kannettavien tietokoneiden, matkapuhelimien, plasma-taulutelevisioiden ja muiden elektronisten laitteiden koteloiden valmistukseen. Titaanin käyttö kaiuttimien rakenteessa tarjoaa paremmat akustiset ominaisuudet, koska titaani on terästä kevyempää, mikä lisää akustista herkkyyttä. Titaanikellot, jotka japanilaiset valmistajat toivat markkinoille ensimmäisen kerran, ovat nyt yksi edullisimmista ja tunnetuimmista kuluttajatitaanituotteista. Maailmanlaajuinen titaanin kulutus perinteisten ja niin sanottujen puettavien korujen valmistuksessa mitataan useissa kymmenissä tonneissa. Yhä useammin voit löytää titaania hääsormukset, ja tietysti ihmiset, jotka käyttävät koruja vartalollaan, ovat yksinkertaisesti velvollisia käyttämään titaania. Titaania käytetään laajalti laivojen kiinnittimien ja liitososien valmistuksessa, jossa korkean korroosionkestävyyden ja lujuuden yhdistelmä on erittäin tärkeä. Los Angelesissa sijaitseva Atlas Ti valmistaa laajan valikoiman näitä tuotteita VTZ-1-seoksesta. Titaanin käyttö työkalujen valmistuksessa alkoi Neuvostoliitossa ensimmäisen kerran 80-luvun alussa, jolloin hallituksen ohjeiden mukaan tehtiin kevyitä ja käteviä työkaluja helpottamaan työntekijöiden työtä. Neuvostoliiton titaanituotannon jättiläinen, Verkhne-Saldinskoje Metal Processing Production Association, tuotti tuolloin titaanilapioita, naulanvetäjiä, kiinnikkeitä, kirvejä ja avaimia.
Myöhemmin japanilaiset ja amerikkalaiset työkaluvalmistajat alkoivat käyttää titaania tuotteissaan. Ei niin kauan sitten VSMPO allekirjoitti sopimuksen Boeingin kanssa titaanilevyjen toimittamisesta. Tällä sopimuksella oli epäilemättä erittäin myönteinen vaikutus titaanituotannon kehitykseen Venäjällä. Titaania on käytetty laajasti lääketieteessä useiden vuosien ajan. Edut ovat lujuus, korroosionkestävyys ja mikä tärkeintä, jotkut ihmiset ovat allergisia nikkelille, joka on ruostumattomien terästen välttämätön komponentti, kun taas kukaan ei ole allerginen titaanille. Käytetyt seokset ovat kaupallisesti puhdasta titaania ja Ti6-4Eliä. Titaania käytetään kirurgisten instrumenttien, sisäisten ja ulkoisten proteesien valmistuksessa, mukaan lukien kriittiset, kuten sydänläppä. Kaivosauvat ja pyörätuolit on valmistettu titaanista. Titaanin käyttö taiteessa juontaa juurensa vuoteen 1967, jolloin Moskovaan pystytettiin ensimmäinen titaanimonumentti.
Tällä hetkellä lähes kaikille mantereille on pystytetty huomattava määrä titaanimonumentteja ja -rakennuksia, mukaan lukien sellaisia kuuluisia kuin Guggenheim-museo, jonka arkkitehti Frank Gehry rakensi Bilbaoon. Materiaali on erittäin suosittu taiteen ihmisten keskuudessa sen värin, ulkonäön, lujuuden ja korroosionkestävyyden vuoksi. Näistä syistä titaania käytetään matkamuisto- ja pukukorujen lyhyttavaratuotteissa, joissa se kilpailee menestyksekkäästi jalometallien, kuten hopean ja jopa kullan, kanssa. RTi:n Martin Prokon mukaan titaanisienen keskihinta on Yhdysvalloissa 3,80 puntaa, Venäjällä 3,20 puntaa. Lisäksi metallin hinta on erittäin riippuvainen kaupallisen ilmailuteollisuuden syklisyydestä. Monien projektien kehitys voi nopeutua dramaattisesti, jos löydetään keinoja alentaa titaanin tuotannon ja käsittelyn, romun käsittely- ja sulatustekniikoiden kustannuksia, sanoi Markus Holz, saksalaisen Deutshe Titanin toimitusjohtaja. British Titanium on samaa mieltä siitä, että korkeat tuotantokustannukset estävät titaanituotteiden laajentumista ja että monia parannuksia on tehtävä ennen kuin titaania voidaan valmistaa massatuotantona. nykyaikaiset tekniikat.
Yksi askel tähän suuntaan on ns. FFC-prosessin kehittäminen, joka on uusi elektrolyyttinen prosessi metallisen titaanin ja metalliseosten valmistukseen, jonka kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat. Daniele Stoppolinin mukaan titaaniteollisuuden kokonaisstrategia edellyttää kullekin uudelle markkina-alueelle sopivimpien metalliseosten, tuotantoteknologian ja titaanin sovelluksen kehittämistä.
Lähteet
Wikipedia - vapaa tietosanakirja, Wikipedia
metotech.ru - Metotekniikka
housetop.com - Talon alkuun
atomsteel.com – Atom-tekniikka
domremstroy.ru - DomRemStroy
Koska titaani on metalli, jolla on hyvä kovuus, mutta heikko lujuus, titaanipohjaiset seokset ovat yleistyneet teollisessa tuotannossa. Seokset, joilla on erilainen raerakenne, eroavat rakenteeltaan ja kidehilan tyypiltä.
Ne voidaan saada tarjoamalla tuotantoprosessissa tiettyjä lämpötilajärjestelmiä. Ja lisäämällä erilaisia seosaineita titaaniin, on mahdollista saada seoksia, joille on ominaista korkeammat toiminnalliset ja tekniset ominaisuudet.
Lisättäessä seosaineita ja erilaisia tyyppejä Titaaniin perustuvissa rakenteissa voidaan saada korkeampia kidehiloja kuin puhtaassa metallissa lämmönkestävyys ja lujuus. Samalla syntyville rakenteille on ominaista alhainen tiheys, hyvät korroosionesto-ominaisuudet ja hyvä plastisuus, mikä laajentaa niiden käyttömahdollisuuksia.
Titaanin ominaisuudet
Titaani on kevytmetalli, joka yhdistyy korkea kovuus ja alhainen lujuus mikä vaikeuttaa sen käsittelyä. Sulamislämpötila tästä materiaalista on keskimäärin 1665 °C. Materiaalille on ominaista alhainen tiheys (4,5 g/cm3) ja hyvä korroosionestokyky.
Materiaalin pinnalle muodostuu usean nm:n paksuinen oksidikalvo, joka ei sisällä korroosioprosesseja titaani meressä ja makeassa vedessä, ilmakehässä, orgaanisten happojen hapettumisessa, kavitaatioprosesseissa ja jännitysten alaisissa rakenteissa.
Normaalitilassa materiaalilla ei ole lämmönkestävyyttä, sille on ominaista viruminen huoneenlämmössä. Kuitenkin kylmässä ja syvässä kylmässä materiaalille on ominaista korkeat lujuusominaisuudet.
Titaanilla on alhainen kimmokerroin, mikä rajoittaa sen käyttöä jäykkyyttä vaativien rakenteiden valmistukseen. Puhtaassa tilassa metallilla on korkeat säteilyä estävät ominaisuudet, eikä sillä ole magneettisia ominaisuuksia.
Titaanille on ominaista hyvät muoviominaisuudet ja helppo käsitellä huoneenlämmössä ja sen yläpuolella. Titaanista ja sen yhdisteistä valmistetuilla hitsauksilla on sitkeys ja lujuus. Materiaalille on kuitenkin ominaista intensiiviset kaasujen absorptioprosessit, kun se on epävakaassa kemiallisessa tilassa, mikä tapahtuu lämpötilan noustessa. Titaani muodostaa riippuen kaasusta, jonka kanssa se yhdistyy, hydridi-, oksidi-, karbidiyhdisteitä, joilla on huono vaikutus sen teknisiin ominaisuuksiin.
Materiaali on karakterisoitu huono työstettävyys, sen täytäntöönpanon seurauksena hän lyhyessä ajassa tarttuu työkaluun, mikä vähentää sen resursseja. Titaanin työstäminen leikkaamalla on mahdollista käyttämällä intensiivistä jäähdytystä suurilla syöttönopeuksilla, alhaisilla käsittelynopeuksilla ja merkittävällä leikkaussyvyydellä. Lisäksi työstötyökaluksi valitaan pikateräs.
Materiaalille on ominaista korkea kemiallinen aktiivisuus, mikä johtaa inerttien kaasujen käyttöön sulatettaessa, titaanin valussa tai kaarihitsauksessa.
Käytön aikana titaanituotteet on suojattava mahdolliselta kaasujen imeytymiseltä käyttölämpötilojen noustessa.
titaaniseokset
Titaaniin perustuvat rakenteet, joihin on lisätty seuraavia seosaineita:
Titaaniryhmän metalliseosten muodonmuutoksella saatuja rakenteita käytetään mekaanisesti prosessoitujen tuotteiden valmistukseen.
Vahvuuden perusteella he erottavat:
- Erittäin lujat materiaalit, joiden lujuus on yli 1000 MPa;
- Rakenteet, joilla on keskilujuus, arvoalueella 500 - 1000 MPa;
- Matalalujuudet materiaalit, joiden lujuus on alle 500 MPa.
Käyttöalueen mukaan:
- Korroosionkestävät rakenteet.
- Rakennusmateriaalit;
- Lämmönkestävät rakenteet;
- Rakenteet, joilla on korkea kylmänkestävyys.
Seostyypit
Koostumukseen sisältyvien seosaineiden mukaan erotetaan kuusi päätyyppiä seoksia.
Seokset tyyppi α-seokset
Seokset tyyppi α-seokset perustuu titaaniin seostettavaksi alumiini, tina, zirkonium, happi luonnehdittu hyvä hitsattavuus, mikä alentaa titaanin jäätymispistettä ja lisää sen juoksevuutta. Nämä ominaisuudet mahdollistavat niin kutsuttujen α-seosten käytön aihioiden saamiseksi muotoillulla tavalla tai osia valattaessa. Tämän tyyppisillä tuotteilla on korkea lämpöstabiilisuus, mikä mahdollistaa niiden käytön kriittisten osien valmistukseen, työskentely lämpötiloissa jopa 400°С.
Kun seosaineita on vähän, yhdisteitä kutsutaan tekniseksi titaaniksi. Sille on ominaista hyvä lämmönkestävyys, ja sillä on erinomaiset hitsausominaisuudet suoritettaessa hitsaustöitä eri koneilla. Materiaalilla on tyydyttävät ominaisuudet leikkausmahdollisuuden kannalta. Tämän tyyppisten metalliseosten lujuuden lisäämistä lämpökäsittelyllä ei suositella, tämän tyyppisiä materiaaleja käytetään hehkutuksen jälkeen. Zirkoniumia sisältävillä metalliseoksilla on korkeimmat kustannukset ja ne ovat erittäin valmistavia.
Seoksen toimitusmuodot esitetään langan, putkien, valssattujen tankojen, takeiden muodossa. Tämän luokan eniten käytetty materiaali on metalliseos VT5-1, jolle on ominaista keskilujuus, lämmönkestävyys jopa 450 °C ja erinomainen suorituskyky matalissa ja erittäin matalissa lämpötiloissa. Tätä metalliseosta ei harjoiteta lujitettavaksi lämpömenetelmin, mutta sen käyttö matalissa lämpötiloissa vaatii minimaalisen määrän seosaineita.
Seokset tyyppi β-seokset
β-tyyppiset seokset saatu seostamalla titaania vanadiini, molybdeeni, nikkeli, tässä tapauksessa syntyneet rakenteet karakterisoidaan lisääntynyt voima huonelämpötilasta negatiiviseen lämpötilaan verrattuna α-seoksiin. Niitä käytettäessä materiaalin lämmönkestävyys kasvaa, sen lämpötilakestävyys kuitenkin muovin vähentäminen tämän ryhmän metalliseosten ominaisuudet.
Vakaiden ominaisuuksien saamiseksi tämän ryhmän metalliseosten on oltava seostettu merkittävällä määrällä määritetyt elementit. Näiden materiaalien korkeiden kustannusten perusteella tämän ryhmän rakenteet eivät ole saaneet laajaa teollista levitystä. Tämän ryhmän seoksille on ominaista virumiskestävyys, mahdollisuus lisätä lujuutta eri tavoilla, mahdollisuus mekaaniseen käsittelyyn. Kuitenkin kun käyttölämpötila nousee 300°С tämän ryhmän metalliseokset hankkivat hauraus.
Pseudo-α-seokset
Pseudo-α-seokset, joiden seosaineista suurin osa on α-vaiheen komponentit, joihin on lisätty jopa 5 % β-ryhmän alkuaineita. β-faasin läsnäolo seoksissa lisää α-ryhmän seostettavien elementtien etuja plastisuusominaisuuden. Tämän metalliseosryhmän lämmönkestävyyden lisääminen saavutetaan käyttämällä alumiinia, piitä ja zirkoniumia. Viimeisellä listatuista alkuaineista on positiivinen vaikutus β-faasin liukenemiseen seosrakenteessa. Kuitenkin näillä seoksilla on myös rajoituksia, joiden joukossa hyviä titaanin vedyn imeytyminen ja hydridien muodostuminen, jossa on mahdollisuus vetyhaurastumiseen. Vety kiinnittyy yhdisteeseen hydridifaasin muodossa, alentaa seoksen viskositeettia ja plastisia ominaisuuksia sekä lisää liitoksen haurautta.Yksi tämän ryhmän yleisimmistä materiaaleista on titaaniseosmerkki VT18, jonka lämmönkestävyys on jopa 600 °C, on hyvät plastisuusominaisuudet. Nämä ominaisuudet mahdollistavat materiaalin käytön kompressoriosien valmistus lentokoneteollisuudessa. Materiaalin lämpökäsittely sisältää hehkutuksen noin 1000°C lämpötiloissa lisäilmajäähdytyksellä tai kaksoishehkutuksen, mikä mahdollistaa 15 %:n lisäyksen sen repäisylujuutta.
Pseudo-β-seokset
Pseudo-β-seokset niille on tunnusomaista läsnäolo sammutuksen jälkeen tai normalisointi pelkällä β-faasin läsnäololla. Hehkutustilassa näiden metalliseosten rakenne jota edustaa α-faasi, jossa on merkittävä määrä β-ryhmän seosttavia komponentteja. Näille seoksille on tunnusomaista korkein ominaislujuusindeksi titaaniyhdisteiden joukossa, niillä on alhainen lämpöstabiilisuus. Lisäksi tämän ryhmän seokset ovat vähän herkkiä haurastumiselle vedylle altistuessaan, mutta ne ovat erittäin herkkiä hiili- ja happipitoisuuksille, mikä vaikuttaa lejeeringin sitkeiden ja sitkeiden ominaisuuksien heikkenemiseen. Näille seoksille on ominaista huono hitsattavuus, laaja valikoima mekaanisia ominaisuuksia koostumuksen heterogeenisyyden vuoksi ja alhainen vakaus töissä korkeissa lämpötiloissa.Seoksen vapautumismuotoa edustavat levyt, takeet, tangot ja metallinauhat, suositeltua käyttöä pitkäkestoisesti enintään 350 °C:n lämpötiloissa. Esimerkki tällaisesta seoksesta on BT 35, jolle on ominaista painekäsittely altistuessaan lämpötilalle. Kovettumisen jälkeen materiaalille on ominaista korkeat plastiset ominaisuudet ja kyky muuttaa muotoaan kylmässä tilassa. Vanhentamisen suorittaminen tälle seokselle aiheuttaa moninkertaista kovettumista korkean viskositeetin läsnä ollessa.
α+β-tyyppiset seokset
α+β-tyyppiset seokset joille on mahdollista sisällyttää metallien välisiä yhdisteitä, ja niille on ominaista pienempi hauraus altistuessaan hydriiteille verrattuna ryhmien 1 ja 3 metalliseoksiin. Lisäksi niille on ominaista parempi valmistettavuus ja helppo käsitellä eri menetelmillä verrattuna α-ryhmän metalliseoksiin. Kun hitsataan tämän tyyppisellä materiaalilla, hehkutus vaaditaan toimenpiteen päätyttyä hitsin sitkeyden lisäämiseksi. Tämän ryhmän materiaalit valmistetaan nauhoina, levyinä, takoina, meistoina ja tankoina. Yleisin materiaali tässä ryhmässä on metalliseos VT6, jolle on ominaista hyvä muotoutuvuus lämpökäsittelyn aikana, pienempi vetyhaurastumisen todennäköisyys. Tästä materiaalista valmistaa lentokoneiden laakeriosia ja lämmönkestäviä tuotteita ilmailun moottorikompressoreille. Hehkutettujen tai lämpökarkaistujen VT6-metalliseosten käyttöä harjoitellaan. Esimerkiksi ohutseinämäisen profiilin tai levyaihioiden osat hehkutetaan 800 °C:n lämpötilassa, jäähdytetään sitten ilmassa tai jätetään uuniin.
Metallien välisiin yhdisteisiin perustuvat titaaniseokset.
Intermetallit ovat kahden metallin seos, joista toinen on titaania.
Tuotteiden vastaanotto
Valamalla saadut rakenteet, jotka suoritetaan erityisissä metallimuotteissa olosuhteissa, joissa aktiivisten kaasujen pääsy on rajoitettu, ottaen huomioon titaaniseosten korkea aktiivisuus lämpötilan noustessa. Valamalla saaduilla seoksilla on huonommat ominaisuudet kuin muodonmuutoksella saaduilla seoksilla. Tällaisille seoksille ei suoriteta lämpökäsittelyä lujuuden lisäämiseksi, koska sillä on merkittävä vaikutus näiden rakenteiden plastisuuteen.
Titaani (Titanium), Ti, on D. I. Mendelejevin jaksollisen alkuainejärjestelmän ryhmän IV kemiallinen alkuaine. järjestysnumero 22, atomipaino 47,90. Koostuu 5 stabiilista isotoopista; on myös saatu keinotekoisesti radioaktiivisia isotooppeja.
Vuonna 1791 englantilainen kemisti W. Gregor löysi hiekasta uuden "maan" Menakanin kaupungista (Englanti, Cornwall), jota hän kutsui Menakaniksi. Vuonna 1795 saksalainen kemisti M. Klairot löysi rutiilista vielä tuntemattoman maan, jonka metallia hän kutsui titaaniksi [kreikaksi. mytologiassa titaanit ovat Uranuksen (Taivas) ja Gaian (Maan) lapsia]. Vuonna 1797 Klaproth todisti tämän maan identiteetin W. Gregorin löytämän maan kanssa. Amerikkalainen kemisti Hunter eristi puhdasta titaania vuonna 1910 pelkistämällä titaanitetrakloridia natriumilla rautapommissa.
Luonnossa oleminen
Titaani on yksi luonnon yleisimmistä alkuaineista, sen pitoisuus maankuoressa on 0,6 % (paino). Sitä esiintyy pääasiassa TiO 2 -dioksidin tai sen yhdisteiden - titanaattien - muodossa. Kivennäisaineita tunnetaan yli 60, mukaan lukien titaani, jota on myös maaperässä, eläin- ja kasviorganismeissa. Ilmeniitti FeTiO 3 ja rutiili TiO 2 toimii pääraaka-aineena titaanin tuotannossa. Titaanin lähteenä sulatuksen kuonat ovat tulossa tärkeitä titaanimagnetiitit ja ilmeniitti.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Titaania on kahdessa tilassa: amorfinen - tummanharmaa jauhe, tiheys 3,392-3,395 g / cm 3, ja kiteinen, tiheys 4,5 g / cm 3. Kiteiselle titaanille tunnetaan kaksi muunnelmaa, joiden siirtymäpiste on 885° (alle 885°, stabiili kuusikulmainen muoto, yli - kuutio); t° pl noin 1680°; t° kip yli 3000°. Titaani imee aktiivisesti kaasuja (vetyä, happea, typpeä), mikä tekee siitä erittäin hauraan. Tekninen metalli soveltuu kuumapainekäsittelyyn. Täysin puhdasta metallia voidaan kylmävalssata. Ilmassa normaalilämpötilassa titaani ei muutu, vaan se muodostaa kuumennettaessa seoksen Ti 2 O 3 -oksidia ja nitridiä TiN. Punaisessa lämmössä happivirrassa se hapettuu TiO 2 -dioksidiksi. Reagoi korkeissa lämpötiloissa hiilen, piin, fosforin, rikin jne. kanssa Kestää merivettä, typpihappoa, märkää klooria, orgaanisia happoja ja vahvoja emäksiä. Se liukenee rikki-, suola- ja fluorivetyhappoihin, parhaiten HF:n ja HNO 3:n seokseen. Hapettavan aineen lisääminen happoihin suojaa metallia korroosiolta huoneenlämpötilassa. Tetravalentit titaanihalogenidit, paitsi TiCl 4 - kiteiset kappaleet, sulavia ja haihtuvia vesiliuoksessa, hydrolysoituneita, alttiita muodostumaan monimutkaisia yhdisteitä, joista kaliumfluorotitanaatti K 2 TiF 6 on tärkeä tekniikassa ja analyyttisessä käytännössä. Erittäin tärkeitä ovat TiC-karbidi ja TiN-nitridi - metallin kaltaiset aineet, joille on ominaista korkea kovuus (titaanikarbidi on kovempaa kuin karborundi), tulenkestävyys (TiC, t ° pl = 3140 °; TiN, t ° pl = 3200 °) ja hyvä sähkönjohtavuus.
Kemiallinen alkuaine numero 22. Titaani.
Titaanin elektroninen kaava on: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .
Titaanin sarjanumero kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä D.I. Mendelejev - 22. Elementtinumero ilmaisee jaardin varauksen, joten titaanin ydinvaraus on +22, ytimen massa on 47,87. Titaani on neljännessä jaksossa, toissijaisessa alaryhmässä. Jakson numero ilmaisee elektronikerrosten lukumäärän. Ryhmänumero ilmaisee valenssielektronien lukumäärän. Sivuryhmä osoittaa, että titaani kuuluu d-alkuaineisiin.
Titaanissa on kaksi valenssielektronia ulkokerroksen s-orbitaalissa ja kaksi valenssielektronia esiulomman kerroksen d-orbitaalissa.
Jokaisen valenssielektronin kvanttiluvut:
4s4sHalogeenien ja vedyn kanssa Ti(IV) muodostaa TiX 4 -tyyppisiä yhdisteitä, joilla on sp 3 → q 4 -hybridisaatiotyyppi.
Titaani on metallia. On d-ryhmän ensimmäinen elementti. Vakain ja yleisin on Ti +4. On myös yhdisteitä, joilla on alhaisempi hapetusaste -Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, mutta nämä yhdisteet hapettavat helposti ilman, veden tai muiden reagenssien vaikutuksesta Ti +4:ksi. Neljän elektronin irtoaminen vaatii paljon energiaa, joten Ti +4 -ionia ei oikeastaan ole olemassa ja Ti(IV)-yhdisteet sisältävät yleensä kovalenttisia sidoksia.Ti(IV) on joiltakin osin samanlainen kuin alkuaineet -Si, Ge, Sn ja Pb, erityisesti Sn:n kanssa.
Merkittävin asialle kansallinen talous oli ja on edelleen seoksia ja metalleja, joissa yhdistyy keveys ja lujuus. Titaani kuuluu tähän materiaaliluokkaan ja lisäksi sillä on erinomainen korroosionkestävyys.
Titaani on neljännen jakson 4. ryhmän siirtymämetalli. Sen molekyylipaino on vain 22, mikä osoittaa materiaalin keveyden. Samaan aikaan aine erottuu poikkeuksellisesta lujuudesta: kaikista rakennemateriaaleista titaanilla on suurin ominaislujuus. Väri on hopeanvalkoinen.
Mikä on titaani, alla oleva video kertoo:
Konsepti ja ominaisuudet
Titaani on melko yleinen - se on 10. sija maankuoren sisällön suhteen. Kuitenkin vasta vuonna 1875 eristettiin todella puhdas metalli. Tätä ennen aine saatiin joko epäpuhtauksilla tai sen yhdisteitä kutsuttiin metalliksi titaaniksi. Tämä hämmennys johti siihen, että metalliyhdisteitä käytettiin paljon aikaisemmin kuin itse metallia.
Tämä johtuu materiaalin erityispiirteistä: merkityksettömimmät epäpuhtaudet vaikuttavat merkittävästi aineen ominaisuuksiin, toisinaan kokonaan riistäen sen luontaiset ominaisuudet.
Siten muiden metallien pienin osa vie titaanilta lämmönkestävyyden, mikä on yksi sen arvokkaista ominaisuuksista. Ja pieni lisäys ei-metallia muuttaa kestävän materiaalin hauraaksi ja käyttökelvottomaksi.
Tämä ominaisuus jakoi tuloksena olevan metallin välittömästi kahteen ryhmään: tekniseen ja puhtaaseen.
- Ensimmäinen käytetään tapauksissa, joissa lujuutta, keveyttä ja korroosionkestävyyttä tarvitaan eniten, koska titaani ei koskaan menetä viimeistä laatua.
- Korkean puhtauden materiaali käytetään siellä, missä tarvitaan materiaalia, joka toimii hyvin raskaita kuormia ja korkeat lämpötilat, mutta samalla ominaista keveys. Tämä on tietysti lento- ja rakettitiedettä.
Toinen aineen erityispiirre on anisotropia. Jotkut sen fyysisistä ominaisuuksista muuttuvat riippuen voimien käytöstä, mikä on otettava huomioon levitettäessä.
Normaaleissa olosuhteissa metalli on inertti, ei syöpy merivedessä eikä meri- tai kaupunkiilmassa. Lisäksi se on biologisesti inerttein aine, jonka ansiosta titaaniproteesit ja implantit ovat laajalti käytössä lääketieteessä.
Samanaikaisesti lämpötilan noustessa se alkaa reagoida hapen, typen ja jopa vedyn kanssa ja imee kaasuja nestemäisessä muodossa. Tämä epämiellyttävä ominaisuus vaikeuttaa sekä itse metallin saamista että siihen perustuvien metalliseosten valmistamista.
Jälkimmäinen on mahdollista vain tyhjiölaitteita käytettäessä. Monimutkaisin tuotantoprosessi on muuttanut melko yleisen elementin erittäin kalliiksi.
Liimaus muiden metallien kanssa
Titaanilla on väliasema kahden muun tunnetun rakennemateriaalin - alumiinin ja raudan tai pikemminkin rautaseosten - välillä. Metalli on monessa suhteessa ylivoimainen "kilpailijoihinsa":
- titaanin mekaaninen lujuus on 2 kertaa korkeampi kuin raudan ja 6 kertaa korkeampi kuin alumiinin. Tässä tapauksessa lujuus kasvaa lämpötilan laskiessa;
- korroosionkestävyys on paljon korkeampi kuin raudalla ja jopa alumiinilla;
- klo normaali lämpötila titaani on inerttiä. Kuitenkin kun se nousee 250 C:een, se alkaa imeä vetyä, mikä vaikuttaa ominaisuuksiin. Kemiallisen aktiivisuuden suhteen se on huonompi kuin magnesium, mutta valitettavasti se ylittää raudan ja alumiinin;
- metalli johtaa sähköä paljon heikommin: sen sähkövastus on 5 kertaa suurempi kuin raudan, 20 kertaa korkeampi kuin alumiinin ja 10 kertaa suurempi kuin magnesiumin;
- lämmönjohtavuus on myös paljon pienempi: 3 kertaa vähemmän kuin rauta 1 ja 12 kertaa vähemmän kuin alumiini. Tämä ominaisuus johtaa kuitenkin erittäin alhaiseen lämpölaajenemiskertoimeen.
Hyödyt ja haitat
Itse asiassa titaanilla on monia haittoja. Mutta lujuuden ja keveyden yhdistelmä on niin kysytty, ettei monimutkainen valmistusmenetelmä tai tarve poikkeukselliseen puhtauteen estä metallin kuluttajia.
Aineen kiistattomiin etuihin kuuluvat:
- alhainen tiheys, mikä tarkoittaa hyvin pientä painoa;
- sekä itse titaanimetallin että sen seosten poikkeuksellinen mekaaninen lujuus. Lämpötilan noustessa titaaniseokset ylittävät kaikki alumiini- ja magnesiumseokset;
- lujuuden ja tiheyden suhde - ominaislujuus saavuttaa 30–35, mikä on lähes 2 kertaa korkeampi kuin parhaiden rakenneterästen;
- ilmassa titaani on päällystetty ohuella oksidikerroksella, joka tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden.
Metallilla on myös haittapuolensa:
- Korroosionkestävyys ja inertisyys koskevat vain ei-aktiivisia pintatuotteita. Esimerkiksi titaanipöly tai lastut syttyvät itsestään ja palavat 400 C:n lämpötilassa;
- erittäin monimutkainen menetelmä titaanimetallin saamiseksi tarjoaa erittäin korkeat kustannukset. Materiaali on paljon kalliimpaa kuin rauta tai;
- kyky absorboida ilmakehän kaasuja lämpötilan noustessa edellyttää tyhjiölaitteiden käyttöä metalliseosten sulattamiseen ja saamiseen, mikä myös lisää merkittävästi kustannuksia;
- titaanilla on huonot kitkaa vähentävät ominaisuudet - se ei toimi kitkaan;
- metalli ja sen seokset ovat alttiita vetykorroosiolle, jota on vaikea estää;
- titaania on vaikea työstää. Sen hitsaus on myös vaikeaa lämmityksen aikana tapahtuvan vaihemuutoksen vuoksi.
Titaanilevy (kuva)
Ominaisuudet ja ominaisuudet
Riippuu voimakkaasti puhtaudesta. Viitetiedot kuvaavat tietysti puhdasta metallia, mutta teknisen titaanin ominaisuudet voivat vaihdella huomattavasti.
- Metallin tiheys laskee kuumennettaessa arvosta 4,41 - 4,25 g/cm3. Faasimuutos muuttaa tiheyttä vain 0,15 %.
- Metallin sulamispiste on 1668 C. Kiehumispiste on 3227 C. Titaani on tulenkestävä aine.
- Keskimääräinen vetolujuus on 300–450 MPa, mutta tämä luku voidaan nostaa 2000 MPa:iin turvautumalla kovettamiseen ja vanhenemiseen sekä lisäelementtien käyttöönotolla.
- HB-asteikolla kovuus on 103, eikä tämä ole raja.
- Titaanin lämpökapasiteetti on alhainen - 0,523 kJ/(kg K).
- Sähköinen ominaisvastus - 42,1 10 -6 ohm cm.
- Titaani on paramagneetti. Kun lämpötila laskee, sen magneettinen herkkyys pienenee.
- Koko metallille on ominaista sitkeys ja muokattavuus. Näihin ominaisuuksiin vaikuttavat kuitenkin voimakkaasti seoksen happi ja typpi. Molemmat elementit tekevät materiaalista hauraita.
Aine kestää monia happoja, mukaan lukien typpi, rikkihapot pieninä pitoisuuksina ja lähes kaikki orgaaniset hapot paitsi muurahaishappo. Tämä laatu varmistaa, että titaanilla on kysyntää kemian-, petrokemian-, paperiteollisuudessa ja niin edelleen.
Rakenne ja koostumus
Titaani - vaikka siirtymämetalli ja sen sähkövastus on alhainen, se on kuitenkin metalli ja johtaa sähkövirtaa, mikä tarkoittaa järjestettyä rakennetta. Kun lämmitetään tiettyyn lämpötilaan, rakenne muuttuu:
- 883 C:een asti α-faasi on stabiili tiheydellä 4,55 g / cu. katso Se erottuu tiheästä kuusikulmaisesta hilasta. Happi liukenee tässä vaiheessa muodostaen interstitiaalisia liuoksia ja stabiloi α-modifikaatiota - työntää lämpötilarajaa;
- yli 883 C:ssa β-faasi, jossa on runkokeskeinen kuutiohila, on vakaa. Sen tiheys on hieman pienempi - 4,22 g / cu. Katso Vety stabiloi tätä rakennetta - kun se liuotetaan titaaniin, muodostuu myös interstitiaalisia liuoksia ja hydridejä.
Tämä ominaisuus tekee metallurgin työstä erittäin vaikeaa. Vedyn liukoisuus laskee jyrkästi, kun titaania jäähdytetään, ja seokseen saostuu vetyhydridi, y-faasi.
Se aiheuttaa kylmähalkeamia hitsauksen aikana, joten valmistajien on työskenneltävä erityisen lujasti metallin sulatuksen jälkeen puhdistaakseen sen vedystä.
Kerromme alla, mistä voit löytää ja kuinka tehdä titaania.
Tämä video on omistettu kuvailemaan titaania metallina:
Tuotanto ja kaivostoiminta
Titaani on hyvin yleinen, joten metallia sisältävien malmien kanssa ja melko suuria määriä, ei ole ongelmia. Raaka-aineita ovat rutiili, anataasi ja brookiitti - titaanidioksidi erilaisissa muunnelmissa, ilmeniitti, pyrofaniitti - yhdisteet raudan kanssa ja niin edelleen.
Mutta se on monimutkainen ja vaatii kalliita laitteita. Hankintamenetelmät ovat jonkin verran erilaisia, koska malmin koostumus on erilainen. Esimerkiksi järjestelmä metallin saamiseksi ilmeniittimalmeista näyttää tältä:
- titaanikuonan saaminen - kivi ladataan valokaariuuniin yhdessä pelkistimen - antrasiitin, hiilen kanssa ja kuumennetaan 1650 C:een. Samalla erotetaan rauta, josta saadaan valurautaa ja titaanidioksidia kuonasta ;
- kuona kloorataan kaivoksissa tai suolaklooraattoreissa. Prosessin ydin on muuttaa kiinteä dioksidi kaasumaiseksi titaanitetrakloridiksi;
- vastustusuuneissa erityisissä pulloissa metalli pelkistetään natriumilla tai magnesiumilla kloridista. Tuloksena saadaan yksinkertainen massa - titaanisieni. Tämä on teknistä titaania, joka sopii hyvin esimerkiksi kemiallisten laitteiden valmistukseen;
- jos tarvitaan puhtaampaa metallia, he turvautuvat puhdistukseen - tässä tapauksessa metalli reagoi jodin kanssa saadakseen kaasumaista jodidia, ja jälkimmäinen, lämpötilan - 1300-1400 C ja sähkövirran vaikutuksesta, hajoaa vapauttaen puhdasta titaania. Sähkö syötetään retorttiin venytetyn titaanilangan läpi, jolle kerrostetaan puhdasta ainetta.
Titaaniharkkojen saamiseksi titaanisieni sulatetaan tyhjiöuunissa vedyn ja typen liukenemisen estämiseksi.
Titaanin hinta kiloa kohden on erittäin korkea: puhtausasteesta riippuen metalli maksaa 25–40 dollaria kilolta. Toisaalta haponkestävän ruostumattoman teräslaitteen kotelo maksaa 150 ruplaa. ja kestää enintään 6 kuukautta. Titaani maksaa noin 600 r, mutta sitä käytetään 10 vuotta. Venäjällä on monia titaanin tuotantolaitoksia.
Käyttöalueet
Puhdistusasteen vaikutus fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin pakottaa meidät tarkastelemaan sitä tästä näkökulmasta. Joten teknisellä, eli ei puhtaimmalla metallilla, on erinomainen korroosionkestävyys, keveys ja lujuus, mikä määrää sen käytön:
- kemianteollisuus– lämmönvaihtimet, putket, kotelot, pumpun osat, liittimet ja niin edelleen. Materiaali on välttämätön alueilla, joilla vaaditaan hapon kestävyyttä ja lujuutta;
- kuljetusala- ainetta käytetään ajoneuvojen valmistukseen junista polkupyöriin. Ensimmäisessä tapauksessa metalli tarjoaa pienemmän massan yhdisteitä, mikä tekee pitoa tehokkaammaksi, jälkimmäisessä se antaa keveyttä ja lujuutta, ei turhaan pidetä titaanista polkupyörän runkoa parhaana;
- laivaston asioihin- titaania käytetään lämmönvaihtimien, sukellusveneiden äänenvaimentimien, venttiilien, potkureiden ja niin edelleen valmistukseen;
- sisään rakentaminen laajalti käytetty - titaani - erinomainen materiaali julkisivujen ja kattojen viimeistelyyn. Lujuuden lisäksi seos tarjoaa toisen arkkitehtuurille tärkeän edun - kyky antaa tuotteille omituisin konfiguraatio, kyky muokata seosta on rajoittamaton.
Puhdas metalli kestää myös erittäin korkeita lämpötiloja ja säilyttää lujuutensa. Sovellus on ilmeinen:
- raketti- ja lentokoneteollisuus - siitä valmistetaan vaippa. Moottorin osat, kiinnikkeet, alustan osat ja niin edelleen;
- lääketiede - biologinen inertiteetti ja keveys tekee titaanista paljon lupaavamman materiaalin proteeseihin aina sydänläppäihin asti;
- kryogeeninen tekniikka - titaani on yksi harvoista aineista, joka lämpötilan laskeessa vain vahvistuu eikä menetä plastisuutta.
Titaani on erittäin luja rakennemateriaali, jolla on tällainen keveys ja taipuisuus. Nämä ainutlaatuiset ominaisuudet antavat hänelle yhä tärkeämmän roolin kansantaloudessa.
Alla oleva video kertoo, mistä saada titaania veitselle: